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發光二極管為何會發光

發表時間:2018-11-22 14:44

  二極管是半導體設備中的一種最常見的器件,大多數半導體最是由攙雜半導體材料制成(原子和其它物質)發光二極管導體材料通常都是鋁砷化稼,在純鋁砷化稼中,所有的原子都完美的與它們的鄰居結合,沒有留下自由電子連接電流。

  光發光二極管,比如用在數字顯示式時鐘的,間隙的大小決定了光子的頻率,換句話說就是決定了光的色彩。當所有二極管都發出光時,大多數都不是很有效的。在普通二極管里,半導體材料本身吸引大量的光能而結束。發光二極管是由一個塑性燈泡覆蓋集中燈光在一個特定方向。

  一種形式,一種可以被原子釋放出來。是由許多有能量和動力但沒質量的微小粒子似的小捆組成的。這些粒子被叫做光子,是光的最基本單位。光子是因為電子移動才釋放出來。在原子中,電子在原子的四周圍以軌道形式移動。電子在不同的軌函數有著不同等的能量。通常來說,有著更大能量的電子以軌道移動遠離了核子。當電子從一個更低的軌道跳到一個更高的軌道,能量水平就增高,反過來,當從更高軌函數跌落到更低的軌函數里時電子就會釋放能量。能量是以光子形式釋放出來的。更高能量下降釋放更高能量的光子,它的特點在于它的高頻率。

  自由電子從P型層通過二極管落入空的電子空穴。這包含從傳導帶跌落到一個更低的軌函數,所以電子就是以光子形式釋放能量。這在任何二極管里都會發生的,當二極管是由某種物質組成的時候,你只是可以看見光子。在標準硅二極管的原子,比如說,當電子跌落到相對短距離原子是以這樣的方式排列。結果,由于電子頻率這么低的情況下人的眼睛是無法看得到的。

  發光二極管比傳統的白熾燈有幾個優點。第一個是發光二極管沒有燈絲會燒壞,所以壽命就更長。此外,發光二極管的小小塑性燈泡使得發光二極管更持久耐用。還可以更加容易適合現在的電子電路。傳統白熾燈的發光過程包含了產生大量熱量。

  這是完全是浪費能源。除非你把燈當做發熱器用,因為絕大部分有效電流并不是直接產生可見光的。發光二極管所發出的熱非常少,相對來說,越多電能直接發光就是越大程度上減少對電能的需求。


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  可見光發光二極管,比如用在數字顯示式時鐘的,間隙的大小決定了光子的頻率,換句話說就是決定了光的色彩。當所有二極管都發出光時,大多數都不是很有效的。在普通二極管里,半導體材料本身吸引大量的光能而結束。發光二極管是由一個塑性燈泡覆蓋集中燈光在一個特定方向。

  發光二極管比傳統的白熾燈有幾個優點。第一個是發光二極管沒有燈絲會燒壞,所以壽命就更長。此外,發光二極管的小小塑性燈泡使得發光二極管更持久耐用。還可以更加容易適合現在的電子電路。傳統白熾燈的發光過程包含了產生大量熱量。這是完全是浪費能源。除非你把燈當做發熱器用,因為絕大部分有效電流并不是直接產生可見光的。發光二極管所發出的熱非常少,相對來說,越多電能直接發光就是越大程度上減少對電能的需求。

  直到現在,因為是用先進半導體材料制造所以發光二極管在大多數照明應用上還過于昂貴。半導體器件的價格在過去10年里大幅度地降低,然而,使得發光二極管在更廣的應用下的一個更劃算照明選擇,在不遠的將來,發光二極管將會在世界技術上扮演更加大的角色。

  發光二極管(LED)是用半導體材料制作的正向偏置的PN結二極管。其發光機理是當在PN結兩端注入正向電流時,注入的非平衡載流子(電子-空穴對)在擴散過程中復合發光,這種發射過程主要對應光的自發發射過程。按光輸出的位置不同,發光二極管可分為面發射型和邊發射型。我們最常用的LED是 InGaAsP/InP雙異質結邊發光二極管。

  發光二極管的發光原理同樣可以用PN結的能帶結構來解釋。制作半導體發光二極管的材料是重摻雜的,熱平衡狀態下的N區有很多遷移率很高的電子,P區有較多的遷移率較低的空穴。由于PN結阻擋層的限制,在常態下,二者不能發生自然復合。,而當給PN結加以正向電壓時,溝區導帶中的電子則可逃過PN結的勢壘進入到P區一側。于是在PN結附近稍偏于P區一邊的地方,處于高能態的電子與空穴相遇時,便產生發光復合。這種發光復合所發出的光屬于自發輻射,輻射光的波長決定于材料的禁帶寬度Eg

  發光二極管具有可靠性較高,室溫下連續工作時間長、光功率-電流線性度好等顯著優點,而且由于此項技術已經發展得比較成熟,所以其價格非常便宜。因此在一些簡易的光纖傳感器的設計中,如果LED能夠勝任,選用它作為光源即可大大降低整個傳感器的成本。然而LED的發光機理決定了它存在著很多的不足,如輸出功率小、發射角大、譜線寬、響應速度低等。因此,在一些需要功率高、調制速率快、單色性好的光源的傳感器設計中,就不得不以提高成本為代價,選用其它更高性能的光源。

  由于不同材料的禁帶寬度不同,所以由不同材料制成的發光二極管可發出不同波長的光。另外,有些材料由于組分和摻雜不同,例如,有的具有很復雜的能帶結構,相應的還有間接躍遷輻射等,因此有各種各樣的發光二極管。


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