发光二极管简介在线视频

同学们好

我们第四章

讲半导体固体照明及相关材料

那么这章内容

实际上我分两部分

两大部分

第一部分是讲LED

就是发光二极管

第二部分讲OLED

就是有机发光二极管

都是发光二极管

但是我强调什么

强调在固体照明这个领域

当然OLED

现在作为显示器

作为平板显示器

薄形显示器

什么挠性显示器

发展势头也非常好

那么LED

作为固体照明

正进入千家万户

所以这都是

发展很快的一些行业

我们讲课

也是着眼于材料

相关的一些材料

首先我们讲发光二极管

那么什么叫二极管

什么叫发光二极管

什么叫光电二极管

它的发光二极管

它的发展简史

我们大家伙都知道

2014年三个日本人

其中当然有一个

美国籍的日本人了

得到了诺贝尔物理学奖

那么这个奖

获奖的时候

给他们评价是

以环境更可持续发展的方式

照亮了21世纪

所以对他们的评价还是相当高的

那么到底发光二极管

它为什么得到诺贝尔奖

为什么对它的评价是

以环境上更可持续的方式

照亮了21世纪

为什么

我们就讲这个道理

什么

首先

我们看看二极管

那么二极管

二极管当然是半导体二极管

二极管来源是用真空管来的

我们现在

我们讲半导体二极管

二极管 当然

它首先得有一个PN结

半导体它必然有个PN结

有个PN结

PN结

P型的N型的

当然以硅为例了

如果是以硅

以硅为例往里一掺

掺三族的变成P型的

掺五族的变成N型的

那么N型一接触

就形成PN结

PN结

首先它有什么

有扩散运动 漂移运动

在电场作用之下

是个漂移运动 载流子

在相接触的时候

靠热激活

它是个扩散运动

在不加外电场的时候

那么PN结接触到一块

它就必然会形成什么

耗尽层

耗尽层里边

会就有反向电场

我们知道形成PN结

一个P型N型弄在一块

形成PN结

PN结以后

它就是一个二极管

二极管的意思

就是加正向电场的时候

它就有电流流过去

反向电场却游不过来

那么它就可以实现整流和检波

整流和检波

整流

把交流的变成直流的

那检波

把那些正半轴体的信号检出来

这在交流直流变换

在半导体收音机里边

这大量的

矿石收音机

最早的矿石收音机

不就是

只有把它检波

才能把载在高频信号里边

那个音频信号给它取出来

取出来人才能听到声音

这就是二极管的工作原理

我们看发光二极管

发光二极管

发光二极管是怎么个意思

发光二极管是什么

首先形成了耗尽层以后

P型区加正电压

N型区加负电压

那么这时候

它除了有

扩散运动还有漂移运动

在电场作用之下就是漂移运用

就是说N型区的电子

注入到P型区

P型区的空穴注入到N型区

相对于P型区来讲

电子是少子

相当于N型区来讲

空穴是少子

通过少子注入

注意少子注入

它就会发生复合

一发生复合

它怎么样

它就发出光出来

发出光

少子一复合

它就发出光出来

光它的波长

跟谁有关系

跟耗尽层的宽度有关系

耗尽层的宽度

由谁所决定的

由半导体的

禁带宽度所决定的

λ要是用纳米表示

一定等于什么

1240比上Eg

Eg用电子伏来表示

Eg就是禁带宽度

它是这样表示的

那发光的强度

就是二极管发光的电流

跟谁有关系

跟底下是限流电阻了

发光二极管的顺向电压

这是什么

电源电压跟

可以用这个公式

来计算出来

它一定是少子注入

少子注入

注意 少子注入

它产生出光出来

这个光一定跟什么

跟能隙

跟半导体的能隙相关

这是一一对应的

那么说现在的发光二极管

它结构上相当简单

有正负引出电极

这是个芯片

在外边

是荧光体

荧光体外边那是环氧树脂

环氧树脂那也形成一个透镜

这个透镜

像一个炮弹一样

把这种叫做炮弹型的

穹顶型的

发光二极管的结构

这是比较简单

光电二极管是什么

光电二极管

那么光电二极管

也是先形成PN结

有了耗尽层

在里面形成一个反向电场

反向电场

对于二极管来讲

是极为重要的

无论是普通的二极管

还是光电二极管

还是发光二极管

那个PN结是极为重要的

我们必须透彻的理解

PN结

理解PN结

它是载流子两种运动

不加电压的时候

它是扩散运动

加上电压以后

是漂移运动

漂移运动

那么扩散运动

本身就会产生什么

反向电场

这个反向电场

是理解半导体器件的一个

非常非常关键的一个

一个因素

那么我们说光电二极管

太阳电池就是光电二极管

这种性质的

入射光进来

入射光进来以后

它就激发

比方说激发硅

半导体硅

那么一激发它

就会产生电子和空穴

当有一定波长的光

它会激发什么

使硅原子产生电子和空穴

那么我就提一个问题

为什么电子和空穴

不能马上复合变成热

为什么不能马上复合

而是光一入射

它就会产生光的电压

会产生光伏为什么

我再说一遍

一定波长的光激发硅原子

使其产生电子和空穴

那么电子空穴一个带正电

和一个带负电荷

为什么不马上复合

马上复合

为什么不马上复合

而是什么

变成光伏

这个道理在什么地方

这个道理就在于PN结

PN结形成了反向电场

那么产生的电子和空穴

受反向电场的作用

它就会把空穴扫到正极去

把电子扫到负极上来

如果外边开路的时候

就是开路电压

开路电压是多少

跟谁有关系

就是跟耗尽层的宽度有关系

跟什么

半导体的禁带宽度有关系

你们看看光电二极管

工作的图

工作过程

半导体结

受短波长的光照射

产生与光亮成正比的电子

和与其相应的空穴

在耗尽层内建电场的作用之下

正离子被推向P层

电子被推向N层

注意 反向电场在起作用

耗尽层产生的

反向电场在起作用

它不发生复合

而是被反向电场

把空穴推向了正极

把电子推向了负极

如果是个开路

就是开路电压

如果是短路

就形成短路电流

我们刚才从普通二极管

发光二极管 光电二极管

来理解半导体结的作用

那么发光二极管

它有一个发展历史

时间很早了

主要是从1907年开始

英国人就在碳化硅上

竖了一个金属针

当金属针上通一电流

发现针尖与碳化硅

接触部位有微弱的发光

那么后来

一直按照年代往后发展

我不详细讲

那么实际上

发光二极管的发现

对于硅半导体

或者是三极管

半导体三极管

集成电路

发光二极管它并不晚

基本上是同时发现的

那么为什么半导体本身

从二极管 三极管

一直到集成电路

应用到计算机

应用到Ipone Ipad

现在整个的

全世界都大量的推广

二极管 三极管

集成电路

那么发光二极管

它就没有起到多大的作用

你看看它并没有起到多大的作用

1962年

美国发光二极管

申请了专利

它是用砷化镓的

这是用红光 红外的

1962年做出了红光的了

1963年发光二极管

1968年在日本

开始有红色发光的LED

也出售

1970年成功实现激光

但是它并没有很大的突破

它为什么没有很大的突破

就在于它发光二极管开始

它的用途没找到它太大的用途

为什么说

比方说发红光

充其量用一个信号灯

一个显示灯来对待

那么后来

比方说红外线的

家里边有摇控器

什么这些它是红外的

做这些

没有找出它多大用途出来

没有 只是发红的

发橙的 发黄的

孤孤立立的

就是一个指示灯

这没有多大的用途

做开关指示灯这些用

没有找出它的用途来

真正找出它的用途

是什么时候

是在1993年

1993年 由日本的中村修二

在加利福尼亚大学

发明蓝色发光二极管

发现了蓝色发光二极管

有了蓝色的

发光二极管以后

就可能实现白光

一有了白光

就可以进行全色显示

室外大屏全色显示

体育馆里头

道路上指示

可以做全色显示

第二条

它可以发光

它可以照明

作为半导体固体照明

它的发光效率又非常高

所以

发光二极管出来

1993年

这是划时代的

对于发光二极管来说

它实现了蓝光

有了蓝光以后

就可以实现白光

有了蓝光以后

就可以进行全色显示

有了蓝光以后

实现白光就实现

半导体固体照明

半导体固体照明的

发光效率比荧光灯

还要好 还要高

因此

为发光二极管的

运用 普及 推广

创造了极好的条件

所以2014年诺贝尔奖

奖给中村修二等三个日本人

说他们以环境上更可持续的方式

照亮了21世纪

这个评价一点也不为过