發(fā)光二極管工作原理及應(yīng)用

1、發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）,機(jī)電工程學(xué)院 朱青青,本節(jié)知識(shí)點(diǎn),半導(dǎo)體 ——導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間,物質(zhì)根據(jù)其導(dǎo)電能力（電阻率）分,,1.半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí),最常用的半導(dǎo)體材料,原子結(jié)構(gòu)示意圖,平面結(jié)構(gòu),立體結(jié)構(gòu),本征半導(dǎo)體,＊本征半導(dǎo)體——完全純凈的半導(dǎo)體(提純的晶體),本征激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴,自由電子,空穴,載流子,在外電場(chǎng)作用下,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

2、,,,,在外電場(chǎng)作用下,,在外電場(chǎng)作用下,,,,,,,,,,,,,,,在外電場(chǎng)作用下,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,價(jià)電子填補(bǔ)空穴而使空穴移動(dòng)，形成空穴電流,在外電場(chǎng)作用下,但是本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴的數(shù)量極少，所以可以在里面摻入微量雜質(zhì)（元素），使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)。,所以就有了P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體,2.P型半導(dǎo)體（摻入3個(gè)價(jià)電子元素）,2.N型半導(dǎo)體（摻入5個(gè)價(jià)電子元素）,3.PN結(jié),P型區(qū),N型區(qū),(2

3、)隨著內(nèi)電場(chǎng)由弱到強(qiáng)的建立,少子漂移從無到有,逐漸加強(qiáng),而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱, 形成平衡的PN結(jié)。,(1)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空間電荷區(qū)建立內(nèi)電場(chǎng),（1）PN結(jié)(PN Junction)的形成,多子的擴(kuò)散,多子的擴(kuò)散,P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面的特殊薄層,17,,,,（2）PN結(jié)的正向特性（外加正向電壓）,P,N,,內(nèi)電場(chǎng),,外電場(chǎng),,A、正向偏壓的接法：P區(qū)接高電位，N區(qū)接低電位,B、正向偏壓削弱內(nèi)電場(chǎng)，有利多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，使PN結(jié)空間

4、電荷區(qū)變窄；,,,PN結(jié)為導(dǎo)通狀態(tài),,,,,,18,D、反向偏壓PN結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)，外電路電流接近為O，PN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很大,,,,P,N,,內(nèi)電場(chǎng),,,A、反向偏壓的接法：P區(qū)接低電位，N區(qū)接高電位,B、反向偏壓內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，不利多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于少子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成反向電流IR，IR很小，硅管為納安數(shù)量級(jí)，鍺管為微安數(shù)量級(jí)。,,,,,,I少子,PN結(jié)為截止?fàn)顟B(tài),,,,,C、反向偏壓，使PN結(jié)空間電荷區(qū)變寬。,D、反向偏壓PN結(jié)為截

5、止?fàn)顟B(tài)，外電路電流接近為O，PN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很大,（3）PN結(jié)的反向特性（外加反向電壓）,4.發(fā)光二極管的工作原理,將PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線和管殼，就成為二極管。,發(fā)光二極管的工作原理,半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖,發(fā)光二極管，是利用正向偏置PN結(jié)中電子與空穴的復(fù)合輻射發(fā)光的，是自發(fā)輻射發(fā)光。,光的顏色視做成PN結(jié)的材料和發(fā)光的波長(zhǎng)而定，而波長(zhǎng)與材料濃度有關(guān)。如采用磷砷化鎵可以發(fā)出紅光或黃光；采用磷化鎵 則發(fā)出綠光。,LED應(yīng)用,