李文龍 孫偉峰

摘 要：在科學(xué)和信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下，半導(dǎo)體技術(shù)在近二三十年得到十分迅猛的發(fā)展，它的發(fā)展和應(yīng)用帶給人們帶來了福祉，尤其是在通信、高速計(jì)算、大容量信息處理、電子對(duì)抗以及武器裝備的微型化、智能化等等這些對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和國家安全至關(guān)重要的領(lǐng)域出現(xiàn)了巨大的進(jìn)步，受到了人們的歡迎和重視。半導(dǎo)體發(fā)光二極管，是目前應(yīng)用最為廣泛的的半導(dǎo)體材料之一。本文就半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光原理、發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用領(lǐng)域做簡要的介紹。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體；發(fā)光二極管；LED；應(yīng)用領(lǐng)域

半導(dǎo)體發(fā)光二極管，又稱為LED，它使用廣泛、耗電量小，使用壽命長，低碳環(huán)保。如果要使二極管發(fā)出不同顏色的光，那么可以使用不同的發(fā)光材料進(jìn)行半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作。在我國，LED逐漸在進(jìn)行普及，中國家庭中很多照明設(shè)備均采用LED燈。而國家主要公路的路燈也采用LED燈進(jìn)行照明，一些路燈還和太陽能發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，從而節(jié)約了大量的能源。發(fā)光二極管按照材料的不同可分為砷鋁化鎵發(fā)光二極管、磷砷化鎵發(fā)光二極管、磷化鎵發(fā)光二極管、磷銦砷化鎵發(fā)光二極管和砷化鎵發(fā)光二極管等多種。

1 發(fā)光二極管的發(fā)展

半導(dǎo)體發(fā)光二極管最早在1965年由美國Monsanto公司和HP公司生產(chǎn)出紅光LED發(fā)光燈，從此LED正式進(jìn)入市場。隨后又成功研制出紅橙黃光LED、綠光裸片LED、藍(lán)光LED。我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫陌坠釲ED，恰恰相反，是在1996年才被推出，從此LED燈開始應(yīng)用于照明。隨著世界科技的不斷進(jìn)步，制作工藝的不斷提高，LED燈的亮度，使用壽命和制作的規(guī)模在不斷的提升，LED在人們的生活中應(yīng)用的更加廣泛。表為不同顏色發(fā)光二極管的制作材料、正向電壓及功率。

2 發(fā)光二極管的原理

半導(dǎo)體可以被劃分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，發(fā)光二極管也一樣。N型半導(dǎo)體帶額外電子，P型半導(dǎo)體帶額外“空穴”，電子可以在空穴之間跳動(dòng)，從一個(gè)空穴轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)空穴。電子的流動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生電流，當(dāng)有正向電流通過晶片時(shí)，電子就會(huì)與P區(qū)的空穴進(jìn)行結(jié)合，然后會(huì)發(fā)出能量，這種能量以光子的形式存在，這就是半導(dǎo)體發(fā)光二極管為何會(huì)發(fā)光的原因。圖為發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。

3 發(fā)光二極管的特點(diǎn)

3.1 節(jié)約能源

因?yàn)樵贚ED發(fā)光的過程中，總的能量是一定的，有很多能量都轉(zhuǎn)化為光能，只有一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能。而傳統(tǒng)的白熾燈泡發(fā)光的時(shí)候，它的燈絲被有上千攝氏度的高溫，很多能量以熱量的形式散發(fā)出去，因此造成了能源的浪費(fèi)。

在相同的照明條件下，若使用節(jié)能的LED燈代替普通的白熾燈，大約能夠節(jié)約80%90%的能源。

3.2 發(fā)光二極管壽命長

二極管的發(fā)光壽命長達(dá)十萬個(gè)小時(shí)左右，這是由于發(fā)光二極管不同于傳統(tǒng)白熾燈的發(fā)光機(jī)理而決定的。傳統(tǒng)的白熾燈使用時(shí)間長之后會(huì)出現(xiàn)老化和斷絲的現(xiàn)象。而發(fā)光二極管是靠載流子的不斷移動(dòng)而發(fā)光的，因此不會(huì)出現(xiàn)上述情況。較長的壽命賦予了發(fā)光二極管較好的穩(wěn)定性，使發(fā)光二極管被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中作為指示燈。

4 發(fā)光二極管的應(yīng)用領(lǐng)域

在現(xiàn)代城市的照明領(lǐng)域，半導(dǎo)體發(fā)光二極管常常被當(dāng)成是白熾燈的替代品而被廣泛使用。在通常的情況下，白熾燈的功耗較大，使用壽命不長。而白色發(fā)光二極管不僅使用壽命長而且使用功率小，能夠節(jié)省能源，符合現(xiàn)代節(jié)能減排的綠色經(jīng)濟(jì)理念。人們將紅綠藍(lán)三種顏色半導(dǎo)體發(fā)光二極管組合在一起，按照不同的發(fā)光比例就能夠展現(xiàn)出不同的顏色，此外，半導(dǎo)體發(fā)光二極管也常常被制作成建筑上的誘導(dǎo)燈，安裝在大樓上，作為裝飾品，營造良好的氛圍。

在數(shù)碼顯示領(lǐng)域，半導(dǎo)體發(fā)光二極管經(jīng)常被制作成七段數(shù)碼管這樣簡單的顯示屏，這種顯示屏以矩陣形式排列，通過控制不同的二極管發(fā)光，排列顯示出文字圖形信息。利用這個(gè)原理可以制作出彩色顯示屏，而且就目前來看，全彩顯示屏在公共場所得到了廣泛使用。半導(dǎo)體發(fā)光二極管也經(jīng)常被用作為數(shù)碼管使用，用來顯示數(shù)字，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的儀器儀表中的指針式儀表盤，以及數(shù)字手表和普通計(jì)算器等設(shè)備上。這種數(shù)碼管被廣泛應(yīng)用與工業(yè)，軍事以及民用的儀器儀表當(dāng)中。

5 結(jié)語

綜上所述，新時(shí)期在社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過程中，科學(xué)技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，科技正在逐步的改變我們的生活。而發(fā)光二極管已經(jīng)普遍存在我們的身邊，它作為光源具有耗電少，節(jié)能環(huán)保，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。各行各業(yè)對(duì)發(fā)光二極管的應(yīng)用同時(shí)也從促進(jìn)了半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制造和使用。

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作者簡介：李文龍（1995），鄭州大學(xué)本科生，研究方向：測控技術(shù)與儀器；孫偉峰（1995 ），鄭州大學(xué)本科生，研究方向：測控技術(shù)與儀器。