led正導帶中電子-空穴復合成能量的研究

布拉格是中國gaaeconomica的英語詞匯。綠色植物的發光電極由加亞哈布西翁（gap）、gap（磷酸）、gaasp（磷酸）和其他起始材料制成，其核心是pn結。這是一個固體半導電裝置。它能直接將能量轉化為光能嗎？要解決這個問題，首先要理解祖母的電導率，然后要理解晶體電極pn結的電導率。1半導體材料的種類何謂半導體?半導體(semiconductor),指常溫下導電性能介于導體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料。自然界中,我們通常把導電和導熱性差的材料,如金剛石、陶瓷、塑料等稱為絕緣體。把導電、導熱性都比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、鋁等稱為導體。而把導電、導熱性能介于導體和絕緣體之間的材料稱為半導體。半導體室溫時電阻率介于金屬和絕緣體之間(約為10-5~107歐·米)并有負的電阻溫度系數,溫度升高時電阻率隨之減小。半導體材料很多,按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。除上述晶態半導體外,還有非晶態的玻璃半導體、有機半導體等。2雜質原子的作用和性質本征半導體:不含雜質且無晶格缺陷的半導體稱為本征半導體。在極低溫度下,半導體的價帶是滿帶,受到熱激發后,價帶中的部分電子會越過禁帶進入能量較高的空帶,空帶中存在電子后成為導帶,價帶中缺少一個電子后形成一個帶正電的空位,稱為空穴。導帶中的電子和價帶中的空穴合稱電子-空穴對,均能自由移動,即載流子,它們在外電場作用下產生定向運動而形成宏觀電流,分別稱為電子導電和空穴導電。這種由于電子-空穴對的產生而形成的混合型導電稱為本征導電。導帶中的電子再落入空穴,電子-空穴對消失,稱為復合。在一定溫度下,電子-空穴對的產生和復合同時存在并達到動態平衡,此時半導體具有一定的載流子密度,從而具有一定的電阻率。溫度升高時,激發電子躍遷會產生更多的電子-空穴對,載流子密度增加,電阻率減小。無雜質、無晶格缺陷的純凈半導體的電阻率極大。雜質半導體:通過擴散工藝,在本征半導體中摻入少量合適的雜質元素,可得到雜質半導體。雜質半導體中的雜質原子取代了本征半導體晶格中的原子后,雜質原子干擾了原本征半導體晶格的周期性勢場,使能級發生了改變。因摻入Ⅲ族與Ⅴ族雜質元素的不同,而分為P型和N型半導體,微量雜質對半導體電阻率的影響非常大。N型半導體:在純凈的四價元素鍺或硅晶體中摻入微量五價元素(如磷、砷、銻等),少許雜質原子取代了晶格中鍺或硅原子的位置,就形成了N型半導體。N型半導體中,雜質原子的五個價電子中有四個與周圍的鍺(或硅)原子形成共價結合,多余的一個電子被束縛于雜質原子附近,該多余電子能級位于禁帶上方靠近導帶底附近,因此該多余電子很易被激發到導帶成為電子載流子即自由電子。N型半導體中自由電子的濃度大于空穴的濃度,稱為多數載流子,空穴為少數載流子。N型半導體靠自由電子導電,摻入的雜質越多,自由電子的濃度就越高,導電性能也就越強。P型半導體:在純凈的鍺或硅晶體中摻入微量三價雜質元素(如硼、鋁、鎵等),使之取代晶格中鍺或硅原子的位置,雜質原子與周圍四個鍺或硅原子形成共價結合時尚缺少一個電子,因而存在一個空位,形成P型半導體。P型半導體中,雜質原子近處的電子空位的能量狀態通常位于禁帶下方靠近價帶處。價帶中的電子很易激發到雜質原子近處電子空穴能級上填補這個空位,使雜質原子成為負離子。價帶中由于缺少一個電子而形成一個空穴載流子。因三價雜質原子的存在,在價帶中形成空穴載流子所需能量比本征半導體形成空穴要小得多。半導體摻雜后其電阻率大大下降。P型半導體空穴的濃度大于自由電子的濃度,稱為多數載流子,自由電子為少數載流子。P型半導體靠空穴導電,摻入的雜質越多,空穴的濃度就越高,導電性能也就越強。顯然:半導體中多數載流子的濃度決定于雜質元素濃度;少數載流子的濃度決定于溫度。3p區和n區之間的接觸電勢差和阻擋層P型半導體與N型半導體相互接觸時,其交界區域稱為PN結。P區中的自由空穴和N區中的自由電子要相向擴散(如圖1),造成正負電荷在PN結兩側的積累,形成電偶極層(如圖2)。電偶極層中的自建電場(方向N區→P區)會阻止擴散的進一步進行,當由于載流子密度不等引起的擴散作用與電偶極層中電場的作用達到平衡時,P區和N區之間形成一定的電勢差,稱為接觸電勢差。由于P區中的空穴向N區擴散后與N區中的電子復合,而N區中的電子向P區擴散后與P區中的空穴復合,導致電偶極層中自由載流子數減少而形成高阻層,故電偶極層也叫阻擋層,阻擋層的電阻值往往是原來P型N型半導體原有阻值的幾十倍乃至幾百倍。晶體二極管就是由P型半導體和N型半導體形成的PN結,簡稱二極管(diode)。當PN結的外界加有正向電壓時,外界電場與自建電場互相產生抑消作用——導致阻擋層變薄,使載流子的擴散作用增強形成正向電流。當外界加有反向電壓時,外界電場與自建電場方向相同,等于進一步加強了自建電場(導致阻擋層變厚),使載流子的擴散嚴重受阻,在一定反向偏置電壓范圍內,反向偏置電流幾乎為零。所以,PN結具有單向導電性。當外加的反向偏置電壓高到一定程度時,PN結空間電荷層中的電場強度達到臨界值發生載流子的倍增過程,產生大量電子空穴對,會形成數值很大的反向擊穿電流,稱為二極管的擊穿現象。4led光的制備LED發光二極管不但具有一般PN結的電學特性,即正向導通,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發光特性。LED加正向電壓后,電子由N區注入P區,空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光,如圖3所示。就能源源不斷地從相對的方向將大量的多數空穴載流子與大量的多數電子載流子分別注入PN結,大量的空穴-電子載流子在PN結中復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉換為光能。這種利用注入載流子的電致發光原理制作的二極管叫發光二極管,通稱LED。當電流從LED陽極(P區)流向陰極(N區)時,半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的顏色與LED的晶體材料種類有關,光的強弱與電流強度有關。理論和實踐證明,光的峰值波長與發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg有關,即≈1240/Eg(nm)式中Eg的單位為電子伏特(eV)。若能產生可見光(波長在380nm紫光~780nm紅光),半導體材料的Eg應在3.26~1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光。現在已有紅外、紅、黃、綠及藍光LED發光