發(fā)光二極管工作原理及應(yīng)用課件

1、發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 朱青青朱青青 本節(jié)知識(shí)點(diǎn)本節(jié)知識(shí)點(diǎn)1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)2 2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)用掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)用2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)用掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)用2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)用掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)用2P P型、型、N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)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(yīng)用掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)用2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)用掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)用2掌握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)用掌

2、握階梯軸加工中固定循環(huán)指令的應(yīng)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(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）分半導(dǎo)體絕緣體導(dǎo)體1.1.半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)最常用的半導(dǎo)體材料最常用的半導(dǎo)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(jiǎn)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(dǎo)體本征半導(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+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(chǎng)作用下

3、+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外電場(chǎng)作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外電場(chǎng)作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外電場(chǎng)作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U 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)體型半導(dǎo)體（摻入3個(gè)價(jià)電子元素）P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)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(dǎo)體型半導(dǎo)體（摻入5個(gè)價(jià)電子元素）N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)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(chǎng)內(nèi)建電場(chǎng) PNPN結(jié)結(jié)(2)隨著內(nèi)電場(chǎng)由弱到強(qiáng)的建立隨著內(nèi)電場(chǎng)由弱到強(qiáng)的建立, ,少子漂移從無(wú)到有少子漂移從無(wú)到有, ,逐漸加強(qiáng)逐漸加強(qiáng), ,而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱, , 形成平衡的形成平衡的PNPN結(jié)。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)結(jié)( (PN Junction) )的形成的形成多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面的特殊薄層型半導(dǎo)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(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)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(chǎng)，有利多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，、正向偏壓削弱內(nèi)電場(chǎng)，有利多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，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(dǎo)通狀態(tài)結(jié)為導(dǎo)通狀態(tài)18D、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)內(nèi)電場(chǎng)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(chǎng)增強(qiáng)，不利多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利、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)，形成反向電流于少子的

6、漂移運(yùn)動(dòng)，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(jí)，鍺管為微安數(shù)量級(jí)。為納安數(shù)量級(jí)，鍺管為微安數(shù)量級(jí)。限流電阻R外電場(chǎng)外電場(chǎng)UI少子少子PNPN結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)結(jié)為截止?fàn)顟B(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?fàn)顟B(tài)，外電路電流接近為結(jié)為截止?fàn)顟B(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(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)示意圖半導(dǎo)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(fù)合輻射發(fā)光的，是的復(fù)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(zhǎng)而定，而料和發(fā)光的波長(zhǎng)而定，而波長(zhǎng)與材料濃度有關(guān)。如波長(zhǎng)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