发光二极管工作原理及应用课件

1、发光二极管（light emitting diode，LED）机电工程学院机电工程学院 朱青青朱青青 本节知识点本节知识点1半导体基础知识半导体基础知识2 2掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用2掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用2掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用2P P型、型、N N型半导体型半导体3PNPN结结2 2掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用2掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用2掌握阶梯轴加工中固定循环指令的应用掌

2、握阶梯轴加工中固定循环指令的应用发光二极管的工作原理发光二极管的工作原理4半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间物质根据其导电能力（电阻率）分半导体绝缘体导体1.1.半导体基础知识半导体基础知识最常用的半导体材料最常用的半导体材料锗锗硅硅+14284Si硅原子结构示意图+3228 18Ge锗原子结构示意图4原子结构示意图原子结构示意图+4硅、锗原子的简化模型平面结构立体结构+4+4+4+4+4+4+4+4+4 本征半导体本征半导体本征半导体完全纯净的半导体(提纯的晶体)本征激发产生电子和空穴自由电子空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4载流子+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外电场作用下

3、+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外电场作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外电场作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在外电场作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U 价电子填补空穴而使空穴移动，形成空穴电流在外电场作用下但是本征半导体中的自由电子和空穴的数量极少，所以可以在里面掺入微量杂质（元素），使其导电性能增强。所以就有了P型半导体和N型半导体2.P型半导体型半导体（掺入3个价电子元素）P P型半导体型半导体简化模型简化模型多数载多数载子子空空穴穴少数载少数载子子电子电子2.N型半导体型半导体（掺入5个价电子元素）N N型半导体型半导体简化模型简化模型多数载多

4、数载子子电电子子少数载流少数载流子子空穴空穴3.PN结结P P型区型区N N型区型区内建电场内建电场 PNPN结结(2)随着内电场由弱到强的建立随着内电场由弱到强的建立, ,少子漂移从无到有少子漂移从无到有, ,逐渐加强逐渐加强, ,而扩散运动逐渐减弱而扩散运动逐渐减弱, , 形成平衡的形成平衡的PNPN结。结。(1)多子的扩散运动产生空间电荷区建立内电场（1）PN结结( (PN Junction) )的形成的形成多子的扩散多子的扩散多子的扩散多子的扩散P型半导体和型半导体和N型半导体结合面的特殊薄层型半导体结合面的特殊薄层17（2 2）PNPN结的结的正向正向特性（外加正向电压）特性（外加正

5、向电压） P N内电场内电场外电场外电场正向电流正向电流I IF FA、正向偏压的接法：P区接高电位，N区接低电位B B、正向偏压削弱内电场，有利多子的扩散运动，、正向偏压削弱内电场，有利多子的扩散运动，使使PNPN结空间电荷区变窄；结空间电荷区变窄；限流电阻限流电阻RUPNPN结为导通状态结为导通状态18D、反向偏压PN结为截止状态，外电路电流接近为O，PN结呈现的反向电阻很大 P N内电场内电场反向电流反向电流IRA、反向偏压的接法：P区接低电位，N区接高电位B B、反向偏压内电场增强，不利多子扩散运动，有利、反向偏压内电场增强，不利多子扩散运动，有利于少子的漂移运动，形成反向电流于少子的

6、漂移运动，形成反向电流I IR R，I IR R很小，硅管很小，硅管为纳安数量级，锗管为微安数量级。为纳安数量级，锗管为微安数量级。限流电阻R外电场外电场UI少子少子PNPN结为截止状态结为截止状态C C、反向偏压，使、反向偏压，使PNPN结空间电荷区变宽。结空间电荷区变宽。D D、反向偏压、反向偏压PNPN结为截止状态，外电路电流接近为结为截止状态，外电路电流接近为O O，PNPN结呈现的反向电阻很大结呈现的反向电阻很大（3 3）PNPN结的结的反向反向特性（外加反向电压）特性（外加反向电压）4.4.发光二极管的工作原理发光二极管的工作原理将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为二极管。发光二极管的工作原理发光二极管的工作原理半导体发光二极管的结构示意图半导体发光二极管的结构示意图PNP-N结结光输出光输出 发光二极管发光二极管，是利用正向偏置是利用正向偏置PN结中电子与空穴结中电子与空穴的复合辐射发光的，是的复合辐射发光的，是自发辐射发光自发辐射发光。光的颜色视做成光的颜色视做成PNPN结的材结的材料和发光的波长而定，而料和发光的波长而定，而波长与材料浓度有关。如波长与材料浓度有关。如采用磷砷化镓可以发出红采用磷砷化镓可以发出红光或黄光