發(fā)光二極管工作原理及應用

1、發(fā)光二極管 二極管 二極管 單向導電 why? 需要簡單了解的東西 半導體 P型半導體 N型半導體 PN結 半導體 導電能力介于導體和絕緣體之間 物質根據(jù)其導電能力（電阻率）分 半導體 絕緣體 導體 1. 半導體 最常用的半導體材料最常用的半導體材料 鍺鍺 硅硅 +14 284 Si 硅原子結構示意圖 +32 28 18 Ge 鍺原子結構示意圖 4 原子結構示意圖 +4 硅、鍺原子 的簡化模型 平面結構 立體結構 +4+4 +4 +4 +4+4 +4 +4 +4 2. 本征半導體 本征半導體就是完全純凈的半導體 (提純的晶體) 本 征 激 發(fā) 產 生 電 子 和 空 穴 自由電子 空穴 +4+

2、4 +4 +4 +4+4 +4 +4 +4 載 流 子 +4+4 +4 +4 +4+4 +4 +4 +4 U 在 外 電 場 作 用 下 +4+4 +4 +4 +4+4 +4 +4 +4 U 在 外 電 場 作 用 下 +4+4 +4 +4 +4+4 +4 +4 +4 U 在 外 電 場 作 用 下 +4+4 +4 +4 +4+4 +4 +4 +4 U 在 外 電 場 作 用 下 +4+4 +4 +4 +4+4 +4 +4 +4 U 價電子填 補空穴而 使空穴移 動，形成 空穴電流 在 外 電 場 作 用 下 但是本征半導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（元素），

3、使其導電性能增強。 所以就有了P型半導體和N型半 導體 P型半導體 （摻入3個價電子元素） 元素周期表 P P型半導體型半導體 簡化模型簡化模型 多數(shù)載 流子 少數(shù)載 流子 N型半導體 （5價） 元素周期表 多數(shù)載流 子 電子 少數(shù)載流 子空穴 N N型半導體型半導體簡化模型簡化模型 PN結 P型半導體和N型半導體結合面的特殊薄層 18 平衡情況下的PN結 P型區(qū)N型區(qū) 內建電場 PN結 (2)隨著內電場由弱到強的建立,少子漂移從無到有, 逐漸加強,而擴散運動逐漸減弱, 形成平衡的PN結。 (1)多子的擴散運動產生空間電荷區(qū)建立內電場 1、PN結(PN Junction)的形成 多子的擴散 多

4、子的擴散 動畫演示 19 平衡情況下的PN結 2、內建電位差或內建電壓：熱平衡情況下，PN結的寬度一定，在PN結 兩端存在的電壓。 P型區(qū) 內建電場 PN結 20 1、PN結的正向特性（外加正向電壓） P N內電場 外電場 正向電流IF A、正向偏壓的接法：P區(qū)接高電位，N區(qū)接低電位B、正向偏壓削弱內電場，有利多子的擴散運動， 使PN結空間電荷區(qū)變窄；C、正向偏壓時，PN結為導通狀態(tài)，外電路電 流IF很大，PN結呈現(xiàn)的正向電阻很小 限流電阻 R U PN結為導通狀態(tài) 動畫演示 21 D、反向偏壓PN結為截止狀態(tài)，外電路電流接近為O， PN結呈現(xiàn)的反向電阻很大 P N 內電場 反向電流IR A、

5、反向偏壓的接法：P區(qū)接低電位，N區(qū)接高電位 B、反向偏壓內電場增強，不利多子擴散運動，有利 于少子的漂移運動，形成反向電流IR，IR很小，硅管 為納安數(shù)量級，鍺管為微安數(shù)量級。 限流電阻 R 外電場 U I少子 PN結為截止狀態(tài) 2、PN結的反向特性（外加反向電壓） C、反向偏壓，使PN結空間電荷區(qū)變寬。 D、反向偏壓PN結為截止狀態(tài)，外電路電流接近為O， PN結呈現(xiàn)的反向電阻很大 二極管 將PN結加上相應的電極引線 和管殼，就成為二極管 23 二極管的伏安特性 IF /mA正向電流 10 40 30 20 0.20.60.41.00.8 UF/V UR/V IR/ A 反向電流 反向電壓 正

6、向電壓 IS 擊穿電壓UBR 外加正向電壓很小時， 正向電流很小幾乎為 0，正向電壓超過一 定數(shù)值時，二極管導 通，電流增大很快。 導通時，二極管兩端 會產生正向壓降，硅 管一般是0.60.7V， 鍺管約0.20.3V 半導體發(fā)光二極管的結構半導體發(fā)光二極管的結構示意圖示意圖 P N P-N結結 光輸出光輸出 發(fā)光二極管發(fā)光二極管（light emitting diode，LED），是利用正），是利用正 向偏置向偏置PN結中電子與空穴的復合輻射發(fā)光的，是結中電子與空穴的復合輻射發(fā)光的，是自發(fā)自發(fā) 輻射發(fā)光輻射發(fā)光。 光的顏色視做光的顏色視做 成成PN結的材料結的材料 和發(fā)光的波長和發(fā)光的波長

7、而定，而波長而定，而波長 與材料濃度有與材料濃度有 關。如采用磷關。如采用磷 砷化鎵可以發(fā)砷化鎵可以發(fā) 出紅光或黃光出紅光或黃光 ；采用磷化鎵；采用磷化鎵 則發(fā)出綠光則發(fā)出綠光 元素周期表 LED應用應用 利用利用LED進行數(shù)字顯示，有點矩陣型和字段型兩種方式。進行數(shù)字顯示，有點矩陣型和字段型兩種方式。 圖圖2.1.4-1點矩陣型數(shù)字顯示點矩陣型數(shù)字顯示圖圖2.1.4-2 字段型數(shù)字顯示字段型數(shù)字顯示 樹脂樹脂 反射框反射框 引線框架引線框架 LED芯片芯片 擴散片擴散片 LED用于平面顯示，其優(yōu)點是：用于平面顯示，其優(yōu)點是：LED為固體為固體 元件，可靠性高元件，可靠性高，可以可以做做大型顯示器大型顯示器 。 LED除用做顯示器件外，還可