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【深度剖析】蓝光LED节能效益惊人细节揭秘

时间:2018-09-14 11:15 来源:未知 作者: 点击:

  【深度剖析】蓝光LED节能效益惊人细节揭秘

  本文追溯了氮化镓资料和蓝色发光二极管的开展前史,回忆了重要的前史事件。III 簇氮化物是直接带隙半导体资料,发光规模紫外到红外,掩盖整个可见光区,是抱负的光电器材资料。一起,具有优胜的物理性质,在高温、高能、高频微波器材以及高压电子电力器材都有广泛的使用。

  

  瑞典皇家科学院于当地时间2014年10月7日揭晓诺贝尔物理学奖,日本科学家赤崎勇(I.Akasaki) 、天野浩( H.Amano) 和美籍日裔科学家中村修二( S.Nakamura) 获此荣誉,共享总额为800 万瑞典克朗的奖金,以赞誉他们创造晰蓝色发光二极管( LED)。这是继2009年半导体成像器材电荷耦合器材( CCD) 获奖后又一个创造类诺贝尔物理学奖。与其它取得诺奖的高精尖创造比较,蓝色发光LED好像并不起眼,其芯片只要芝麻巨细,LED灯在生活中却简直随处可见,并且价格低廉。20多年前,当Gan蓝色发光二极管第一次闪烁时,这项将对全人类的福祉作出重大贡献的创造引起了整个科学界的轰动。在宽禁带半导体研讨范畴,国内外的同行们等待LED赢取诺奖现已很多年了。

  LED是英文Light-Emitting Diode的缩写,中文称之为发光二极管,是一种能将电能转化为光能的半导体元件。发光二极管的底子结构是p-n结,由两种不同极性的半导体资料组成,其间一种是p型半导体,另一种是n型半导体。p型半导体也称为空穴型半导体,即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。在p型半导体中,环亚娱乐ag88手机版。空穴为多子,自由电子为少子,首要靠空穴导电。空穴首要由杂质原子供给,自由电子由热激起构成。掺入的杂质越多,多子( 空穴) 的浓度就越高,导电功能就越强。n型半导体也称为电子型半导体,即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。LED也具有单向导电性。当加上正向电压后,恒大成中国企业成长范例环亚娱乐,从p区注入到n区的空穴和由n区注入到p区的电子,在p-n结邻近数微米的规模内别离与n区的电子和p区的空穴复合,发生自发辐射的荧光。发射光子的能量近似为半导体的禁带宽度,即导带与价带之间的带隙能量。禁带宽度是半导体的一个重要特征参量,其巨细首要决定于半导体的能带结构,即与晶体结构和原子的结合性质等有关。原子对价电子捆绑得越紧,化合物半导体的价键极性越强,则禁带宽度越大。Si、砷化镓( GaAs) 和氮化镓(GaN) 的禁带宽度在室温下别离为1.24 eV、1. 42eV 和3.40 eV。半导体资料的发光波长受制于禁带宽度,两者之间的关系为发光波长( nm) = 1240 /禁带宽度(eV)因而,要完成波长为460 nm 的蓝色发光需求禁带宽度为2.7 eV 以上的宽禁带半导体,比方GaN。这是研讨GaN以完成蓝光LED最底子的物理原因。

  固体电致发光的前期研讨

  早在固体资料电子结构理论树立之前,固体电致发光的研讨就现已开端。最早的相关报导可以追溯到上世纪初的1907年。上任于Marconi Electronics的H.J.RounD在SiC 晶体的两个触点间施加电压,在低电压时观察到黄光,随电压添加则观察到更多色彩的光。前苏联的器材物理学家O.Losev( 1903—1942) 在1920 和1930年代在世界刊物上宣布了数篇有关SiC 电致发光的论文。

  1940年代半导体物理和p-n结的研讨蓬勃开展,1947年在美国贝尔电话实验室诞生了晶体管。Shockley,BardeenanDBrattain共获1956年的诺贝尔物理奖。人们开端意识到p-n结可以用于发光器材。1951年美国陆军信号工程实验室的K.Lehovec等人据此解说了SiC的电致发光现象: 载流子注入结区后电子和空穴复合导致发光。但是,实测的光子能量要低于SiC 的带隙能量,他们以为此复合进程可能是杂质或晶格缺点主导的进程。1955年和1956年,贝尔电话实验室的J.R.Haynes 证真实锗和硅中观察到的电致发光是源于p-n结中电子与空穴的辐射复合。

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