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发光贴片二极管是最简单的一种半导体设备
编辑:   点击:108  日期:2012-9-26
发光贴片二极管是最简单的一种半导体设备

发光二极管通常称为LED,它们虽然名不见经传,却是电子世界中真正的英雄。它们能完成数十种不同的工作,并且在各种设备中都能找到它们的身影。 它们用途广泛,例如它们可以组成电子钟表表盘上的数字,从遥控器传输信息,为手表表盘照明并在设备开启时向您发出提示。 如果将它们集结在一起,可以组成超大电视屏幕上的图像,或是用于点亮交通信号灯。

本质上,LED只是一种易于装配到电子电路中的微型灯泡。但它们并不像普通的白炽灯,它们并不含有可烧尽的灯丝,也不会变得特别烫。它们能够发光,仅仅是半导体材料内的电子运动的结果,并且它们的寿命同普通的晶体管一样长。

贴片二极管是最简单的一种半导体设备。广义的半导体是指那些具有可变导电能力的材料。大多数半导体是由不良导体掺入杂质(另一种材料的原子)而形成的,而掺入杂质的过程称为掺杂。

就LED而言,典型的导体材料为砷化铝镓 (AlGaAs)。 在纯净的砷化铝镓中,每个原子与相邻的原子联结完好,没有多余的自由电子(带负电荷的粒子)来传导电流。而材料经掺杂后,掺入的原子打破了原有平衡,材料内或是产生了自由电子,或是产生了可供电子移动的空穴。无论是自由电子数目的增多还是空穴数目的增多,都会增强材料的导电性。

具有多余电子的半导体称为N型材料,因其含有多余的带负电荷的粒子。在N型材料中,自由电子能够从带负电荷的区域移往带正电荷的区域。

拥有多余空穴的半导体称为P型材料,因为它在导电效果上相当于含有带正电荷的粒子。电子可以在空穴间转移,从带负电荷的区域移往带正电荷的区域。因此,空穴本身就像是从带正电荷的区域移往带负电荷的区域。

一个贴片二极管由一段P型材料同一段N型材料相连而成,且两端连有电极。这种结构只能沿一个方向传导电流。当二极管两端不加电压时,N型材料中的电子会沿着层间的PN结(junction)运动,去填充P型材料中的空穴,并形成一个耗尽区。在耗尽区内,半导体材料回到它原来的绝缘态——即所有的空穴都被填充,因而耗尽区内既没有自由电子,也没有供电子移动的空间,电荷则不能流动。

为了使耗尽区消失,必须使电子从N型区域移往P型区域,同时空穴沿相反的方向移动。为此,您可以将二极管N型的一端与电路的负极相连,同时P型的那一端与正极相连。N 型材料中的自由电子被负极排斥,又被正极吸引;而P型材料中的空穴会沿反方向移动。如果两电极之间的电压足够高,耗尽区内的电子会被推出空穴,从而再次获得自由移动的能力。此时耗尽区消失,电荷可以通过二极管。

当电路的负极与N型层、正极与P型层相连时,电子和空穴开始迁移,而耗尽区将消失。

如果您试图让电流沿反方向流动,将P型端连接到电路负极、N型端连接到正极的话,电流将不会流动。N型材料中带负电的电子会被吸引到正极上;P型材料中带正电的空穴则会被吸引到负极上。由于空穴与电子各自沿着错误的方向运动,PN结将不会有电流通过,耗尽区也会扩大。(有关整个过程的更多信息,请参阅半导体工作原理。)

当电路的正极连接到N型层、负极连接到P型层时,自由电子会聚集在贴片二极管的一端,同时空穴会聚集在另一端。耗尽区会扩大。

 

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