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再見理想35木蟲 (正式寫手)
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LED中的電子和空穴全部復合完了還能發(fā)光嗎？
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| 一個問題困擾我很久了，那就是LED發(fā)光原理中的電子和空穴復合的問題。PN結(jié)一般是離子注入的方法制備。注入的離子數(shù)量是有限的，那么如果P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子全部復合完了。P區(qū)和N區(qū)都成了中性，那么LED還能發(fā)光嗎？ |
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樓主，經(jīng)過討論后給予答復如下： 先解釋空穴： 空穴又稱電洞（Electron hole），在固體物理學中指共價鍵上流失一個電子，最后在共價鍵上留下空位的現(xiàn)像。即共價鍵中的一些價電子由于熱運動獲得一些能量，從而擺脫共價鍵的約束成為自由電子，同時在共價鍵上留下空位，我們稱這些空位為空穴。 一個呈電中性的原子，其正電質(zhì)子和負電電子的數(shù)量是相等的�，F(xiàn)在由于少了一個負電的電子，所以那里就會呈現(xiàn)出一個正電性的空位——電洞。當有外面一個電子進來掉進了電洞，就會發(fā)出電磁波——光子。 電洞不是正電子，電子與正電子相遇湮滅時，所發(fā)出來的光子是非常高能的(即所謂的猝滅現(xiàn)象)。那是兩粒子的質(zhì)量所完全轉(zhuǎn)化出來的電磁波能（通常會轉(zhuǎn)出一對光子）。而電子掉入電洞所發(fā)出來的光子，其能量通常只有幾個電子伏特。 半導體由于禁帶較窄，電子只需不多的能量就能從價帶激發(fā)到導帶，從而在價帶中留下空穴。周圍電子可以填補這個空穴，同時在原位置產(chǎn)生一個新的空穴，因此實際上的電子運動看起來就如同是空穴在移動。 空穴并不是真實存在的,只是對大量電子運動的一種等效,空穴的流動其實就是大量電子運動的等效的反運動 再來看二極管發(fā)光原理： 發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。 當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。此熒光激發(fā)LED晶片上的熒光粉發(fā)出更大能量、更多種類的光。 結(jié)論：嚴格來說P區(qū)的空穴被復合完后，發(fā)光中止。而N區(qū)的電子由于有外加電流，其失去電子產(chǎn)生的空穴會被填補。由于P區(qū)空穴足夠多，LED發(fā)光壽命一般有十萬小時（光效減半）。 樓主的“PN結(jié)一般是離子注入的方法制備。注入的離子數(shù)量是有限的”這句話是沒有問題的； 但是“那么如果P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子全部復合完了。P區(qū)和N區(qū)都成了中性”這句話有點問題，P區(qū)和N區(qū)本身是電中性的。 注：歡迎有這方面研究的光源專家，加入討論！ |
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再見理想35
8樓2012-11-24 11:21:45
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可以認為是電源的正極的作用：一是源源不斷的提供空穴，二是提供電壓，讓空穴受電場力向低電勢方向（N區(qū)）移動。負極的作用：一是源源不斷的提供電子，二是讓空穴受電場力向高電勢方向（P區(qū)）移動。對吧？ 5樓2012-11-24 10:08:52
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再見理想35: 金幣+10, ★★★很有幫助 2012-11-24 16:47:16
再見理想35: 金幣+10, ★★★很有幫助 2012-11-24 16:47:16
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負極源源不斷提供電子流，正極源源不斷提供空穴流。 電子向P區(qū)和空穴向N區(qū)的運動是由擴散產(chǎn)生的。所謂擴散就是由濃度差產(chǎn)生的載流子由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的運動。 平衡PN結(jié)的擴散運動（電子向P區(qū)；空穴向N區(qū)）與內(nèi)建電場（方向為由N區(qū)指向P區(qū)）引起的漂移運動處于平衡狀態(tài)。 而PN結(jié)發(fā)光時所施加的正向偏壓（外加電場方向與內(nèi)建電場方向正好相反）打破了上述平衡狀態(tài)，使擴散運動大于漂移運動。 |
9樓2012-11-24 11:36:55
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10樓2012-11-24 16:43:00
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