发光二极管简介邱 伟.pptVIP

* 发光二极管（LED）简要介绍 报告人：邱 伟 学号：2014223070078 专业：化学工艺 2014年度诺贝尔物理学奖授予日本名古屋大学的赤崎勇，天野浩以及美国加州大学圣巴巴拉分校的中村修二，以表彰他们在发明一种新型高效节能光源方面的贡献，即蓝色发光二极管(LED) 1、什么是发光二极管？ 2、发光二极管发光的原理 3、中村修二等人为什么能够获奖？ 显示屏 霓虹灯 什么是发光二极管？ 发光二极管,通常称为LED,是一个微小的电灯泡。但不像常见的白炽灯泡，发光二极管没有灯丝，而且又不会特别热。它单单是由半导体材料里的电子移动而使它发光。目前发光二极管主要用于显示屏、交通、汽车、生活及装饰用灯。 红绿灯 刹车灯 生活用灯 灯的发展历史 1879年爱迪生发明了电灯（白炽灯） 1938年，美国通用电气公司的伊曼发明了节电的荧光灯（日光灯） 1962 年美国通用电气公司工作Holonyak 博士发明了第一个红色发光二极管 1853年波兰发明家Ignacy Lukasiewicz发明了煤油灯 原始社会：火把 三千多年前古埃及和古希腊人：蜡烛 发光原理的区别 阴极灯丝发射电子—与灯管内部汞原子发生碰撞产生紫外光—紫外光通过涂在灯管管壁得荧光粉折射出可见光 电加热钨丝—核外电子激发—向高能级跃迁—向低能级层跃迁—光 白炽灯： 日光灯： Si 共价键结构平面示意图 Si Si Si Si Si Si Si Si Si 在硅晶体中，所有外层电子都形成了完美的共价键，电子不能到处运动，没有用于传导电流的自由电子，故纯净的硅晶体几乎是一种绝缘体 发光二极管的发光原理 硅二极管 硅原子结构 硅立体结构示意图 掺杂VA元素的N型Si 增加e-或减少e- 要使硅导电——即需要存在自由移动的电子 Si Si Si Si Si Si Si Si Si 掺杂VA元素，如P、As Si P Si Si Si Si Si Si Si e- N型掺杂 Si Si Si Si Si Si Si Si Si 掺杂IIIA元素，如B、Ga Si B Si Si Si Si Si Si Si 掺杂IIIA元素的P型Si P型掺杂 多了1个e- 出现1个空穴 P型硅和N型硅除了使硅晶体导电性增强外，还存在着某些有趣的现象。 + + + + + + + + + + + + + + + + + P-Type - - - - - - - - - - - - - - - - - - N-Type - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + - P-Type N-Type 损耗区 损耗区的形成，使电流无法流通 - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + - P-Type N-Type + - 电池正接 损耗区减小 导通 负极电子排斥 - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + - P-Type N-Type + - 电池反接 损耗区扩大 不导通 正极电子的吸引 为什么二极管会发光? 能带理论 Si 满带 价带 导带 Eg 禁带宽度 热能/光电 14e- 10e- 光子 禁带宽度越宽，释放的能量越大，光的波长越短。 N区 P区 结区 导带 Eg 光子 价带 - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + - P-区 N-区 + - 导带 价带 故氮化物GaN、InN、AlN以及它们的混合晶体是很重要的发光材料。尤其是混合晶体InGaN可以覆盖整个可见光光谱。 发光二极管的材料 发光二极管的发光材料不用硅，而使用磷化镓（GaP）、磷砷化镓（GaAsP）、砷铝镓（GaAIAs）、GaN、InN、AlN及其混合晶体材料。 可见光区 铝砷化镓(AlGaAs) 磷砷化镓(GaAsP) 磷化铝铟镓(AlGaInP) 磷化镓(GaP) 铝磷化镓(AlGaP) 氮化镓(GaN) 铟氮化镓(InGaN) 红色及红外线 红色，橘红色 橘红色，橙色 红色，黄色，绿色 绿色 绿色，翠绿色，蓝色 近紫外线，蓝绿色，蓝色 不同发光材料所发出的光的颜色 禁带宽度逐渐增大，光波长逐渐减小 1、发明基于了 InGaN 的蓝光发光二极管。使制备白光LED成为可能。 诺贝尔奖获得者中村修二等人的贡献 3、成功制备出了P型GaN。从一开始，n型的GaN很容易制备出来。但是，多年来，就是几乎得不到p型的GaN。Amano 等人利用有机化学气相外延获得了p型GaN薄膜，他们采用了掺杂了Mg作为受主杂质，并利用低能电子束辐射