發(fā)光二極管工作原理及應用課件

1、發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）機電工程學院機電工程學院 朱青青朱青青 本節(jié)知識點本節(jié)知識點1半導體基礎(chǔ)知識半導體基礎(chǔ)知識2 2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用2P P型、型、N N型半導體型半導體3PNPN結(jié)結(jié)2 2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用掌

2、握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應用發(fā)光二極管的工作原理發(fā)光二極管的工作原理4半導體 導電能力介于導體和絕緣體之間物質(zhì)根據(jù)其導電能力（電阻率）分半導體絕緣體導體1.1.半導體基礎(chǔ)知識半導體基礎(chǔ)知識最常用的半導體材料最常用的半導體材料鍺鍺硅硅+14284Si硅原子結(jié)構(gòu)示意圖+3228 18Ge鍺原子結(jié)構(gòu)示意圖4原子結(jié)構(gòu)示意圖原子結(jié)構(gòu)示意圖+4硅、鍺原子的簡化模型平面結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)+4+4+4+4+4+4+4+4+4 本征半導體本征半導體本征半導體完全純凈的半導體(提純的晶體)本征激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴自由電子空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4載流子+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外電場作用下

3、+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外電場作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外電場作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外電場作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U 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(zhì)（元素），使其導電性能增強。所以就有了P型半導體和N型半導體2.P型半導體型半導體（摻入3個價電子元素）P P型半導體型半導體簡化模型簡化模型多數(shù)載多數(shù)載子子空空穴穴少數(shù)載少數(shù)載子子電子電子2.N型半導體型半導體（摻入5個價電子元素）N N型半導體型半導體簡化模型簡化模型多數(shù)載多

4、數(shù)載子子電電子子少數(shù)載流少數(shù)載流子子空穴空穴3.PN結(jié)結(jié)P P型區(qū)型區(qū)N N型區(qū)型區(qū)內(nèi)建電場內(nèi)建電場 PNPN結(jié)結(jié)(2)隨著內(nèi)電場由弱到強的建立隨著內(nèi)電場由弱到強的建立, ,少子漂移從無到有少子漂移從無到有, ,逐漸加強逐漸加強, ,而擴散運動逐漸減弱而擴散運動逐漸減弱, , 形成平衡的形成平衡的PNPN結(jié)。結(jié)。(1)多子的擴散運動產(chǎn)生空間電荷區(qū)建立內(nèi)電場（1）PN結(jié)結(jié)( (PN Junction) )的形成的形成多子的擴散多子的擴散多子的擴散多子的擴散P型半導體和型半導體和N型半導體結(jié)合面的特殊薄層型半導體結(jié)合面的特殊薄層17（2 2）PNPN結(jié)的結(jié)的正向正向特性（外加正向電壓）特性（外加正

5、向電壓） P N內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場正向電流正向電流I IF FA、正向偏壓的接法：P區(qū)接高電位，N區(qū)接低電位B B、正向偏壓削弱內(nèi)電場，有利多子的擴散運動，、正向偏壓削弱內(nèi)電場，有利多子的擴散運動，使使PNPN結(jié)空間電荷區(qū)變窄；結(jié)空間電荷區(qū)變窄；限流電阻限流電阻RUPNPN結(jié)為導通狀態(tài)結(jié)為導通狀態(tài)18D、反向偏壓PN結(jié)為截止狀態(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)電場內(nèi)電場反向電流反向電流IRA、反向偏壓的接法：P區(qū)接低電位，N區(qū)接高電位B B、反向偏壓內(nèi)電場增強，不利多子擴散運動，有利、反向偏壓內(nèi)電場增強，不利多子擴散運動，有利于少子的漂移運動，形成反向電流于少子的

6、漂移運動，形成反向電流I IR R，I IR R很小，硅管很小，硅管為納安數(shù)量級，鍺管為微安數(shù)量級。為納安數(shù)量級，鍺管為微安數(shù)量級。限流電阻R外電場外電場UI少子少子PNPN結(jié)為截止狀態(tài)結(jié)為截止狀態(tài)C C、反向偏壓，使、反向偏壓，使PNPN結(jié)空間電荷區(qū)變寬。結(jié)空間電荷區(qū)變寬。D D、反向偏壓、反向偏壓PNPN結(jié)為截止狀態(tài)，外電路電流接近為結(jié)為截止狀態(tài)，外電路電流接近為O O，PNPN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很大結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很大（3 3）PNPN結(jié)的結(jié)的反向反向特性（外加反向電壓）特性（外加反向電壓）4.4.發(fā)光二極管的工作原理發(fā)光二極管的工作原理將PN結(jié)加上相應的電極引線和管殼，就成為二極管。發(fā)光二極管的工作原理發(fā)光二極管的工作原理半導體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖半導體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖PNP-N結(jié)結(jié)光輸出光輸出 發(fā)光二極管發(fā)光二極管，是利用正向偏置是利用正向偏置PN結(jié)中電子與空穴結(jié)中電子與空穴的復合輻射發(fā)光的，是的復合輻射發(fā)光的，是自發(fā)輻射發(fā)光自發(fā)輻射發(fā)光。光的顏色視做成光的顏色視做成PNPN結(jié)的材結(jié)的材料和發(fā)光的波長而定，而料和發(fā)光的波長而定，而波長與材料濃度有關(guān)。如波長與材料濃度有關(guān)。如采用磷砷化鎵可以發(fā)出紅采用磷砷化鎵可以發(fā)出紅光或黃光