發(fā)光二極管工作原理-二極管是什么

發(fā)光二極管通常稱為L(zhǎng)ED，它們雖然名不見(jiàn)經(jīng)傳，卻是電子世界中真正的英雄。它們能完成數(shù)十種不同的工作，并且在各種設(shè)備中都能找到它們的身影。它們用途廣泛，例如它們可以組成電子鐘表表盤上的數(shù)字，從遙控器傳輸信息，為手表表盤照明并在設(shè)備開(kāi)啟時(shí)向您發(fā)出提示。如果將它們集結(jié)在一起，可以組成超大電視屏幕上的圖像，或是用于點(diǎn)亮交通信號(hào)燈。

本質(zhì)上，LED只是一種易于裝配到電子電路中的微型燈泡。但它們并不像普通的白熾燈，它們并不含有可燒盡的燈絲，也不會(huì)變得特別燙。它們能夠發(fā)光，僅僅是半導(dǎo)體材料內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，并且它們的壽命同普通的晶體管一樣長(zhǎng)。

在本文中，我們會(huì)分析這些無(wú)所不在的閃光元件背后的簡(jiǎn)單原理，與此同時(shí)也會(huì)闡明一些饒有趣味的電學(xué)及光學(xué)原理。

二極管是最簡(jiǎn)單的一種半導(dǎo)體設(shè)備。廣義的半導(dǎo)體是指那些具有可變導(dǎo)電能力的材料。大多數(shù)半導(dǎo)體是由不良導(dǎo)體摻入雜質(zhì)（另一種材料的原子）而形成的，而摻入雜質(zhì)的過(guò)程稱為摻雜。

就LED而言，典型的導(dǎo)體材料為砷化鋁鎵(AlGaAs)。在純凈的砷化鋁鎵中，每個(gè)原子與相鄰的原子聯(lián)結(jié)完好，沒(méi)有多余的自由電子（帶負(fù)電荷的粒子）來(lái)傳導(dǎo)電流。而材料經(jīng)摻雜后，摻入的原子打破了原有平衡，材料內(nèi)或是產(chǎn)生了自由電子，或是產(chǎn)生了可供電子移動(dòng)的空穴。無(wú)論是自由電子數(shù)目的增多還是空穴數(shù)目的增多，都會(huì)增強(qiáng)材料的導(dǎo)電性。

具有多余電子的半導(dǎo)體稱為N型材料，因其含有多余的帶負(fù)電荷的粒子。在N型材料中，自由電子能夠從帶負(fù)電荷的區(qū)域移往帶正電荷的區(qū)域。

擁有多余空穴的半導(dǎo)體稱為p型材料，因?yàn)樗趯?dǎo)電效果上相當(dāng)于含有帶正電荷的粒子。電子可以在空穴間轉(zhuǎn)移，從帶負(fù)電荷的區(qū)域移往帶正電荷的區(qū)域。因此，空穴本身就像是從帶正電荷的區(qū)域移往帶負(fù)電荷的區(qū)域。

一個(gè)二極管由一段p型材料同一段N型材料相連而成，且兩端連有電極。這種結(jié)構(gòu)只能沿一個(gè)方向傳導(dǎo)電流。當(dāng)二極管兩端不加電壓時(shí)，N型材料中的電子會(huì)沿著層間的pN結(jié)(juncTIon)運(yùn)動(dòng)，去填充p型材料中的空穴，并形成一個(gè)耗盡區(qū)。在耗盡區(qū)內(nèi)，半導(dǎo)體材料回到它原來(lái)的絕緣態(tài)——即所有的空穴都被填充，因而耗盡區(qū)內(nèi)既沒(méi)有自由電子，也沒(méi)有供電子移動(dòng)的空間，電荷則不能流動(dòng)。