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照明半导体的导电机理

照明半导体的导电机理-LED(LightingEmittingDiode)即发光二极管,是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料,在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引

  当在一块半导体的两头加上电压后,则价电子在无规则的热运动基础上叠加了由电场引起的定向运动,构成了电流,而且它的运动状况也发生了改动,因此其运动能量必定与原本热运动时有所不同。在晶体中,依据泡利不相容原理,每个能级上最多能包容两个电子。因此,要改动晶体中电子的运动状况,以便改动电子的运动能量,使它跃迁到新的能级中去,一般需求满意两个条件:一是具有能向电子供给能量的外界效果;二是电子要跃人的那个能级是空的。

  因为导带中存在很多的空能级,当有电场SRM2A256SL-TM70效果时,导带电子可以得到能量而跃迁到空的能级中去,即导带电子可以改动运动状况。这也便是说,在电场的效果下,导带电子可以发生定向运动而构成电流,所以导带电子是可以导电的。

  假如价带中填满了电子而没有空能级,在外加电场的效果下,电子又没有满足能量激起到导带,那么,电子运动状况无法改动,因此不能构成定向运动,也就没有电流。因此,填满电子的价带中的电子是不能导电的。假如价带中的一些电子在外界效果下跃迁到导带,那么在价带中就留下了缺少电子的空位。可以幻想,在外加电场效果下,邻近能级的电子可以跃人这些空位,而在这些电子原本的能级上又呈现了新的空位。今后,其他电子又可以再跃人这些新的空位,这就如同空位在价带中移动相同,仅仅其移动方向与电子相反。因此,关于有电子空位的价带,其电子运动状况就不再是不行改动的了。在外加电场的效果下,有些电子在原本热运动上叠加了定向运动,然后构成了电流。

  导带和价带电子的导电状况是有差异的,即:导带的电子越多,其导电才能越强;而价带的电子的空位越多,即电子越少,其导电才能就越强,一般把价带的电子空位幻想为带正电的粒子。明显,它所带的电量与电子持平,符号相反。在电场效果下,它可以自由地在晶体中运动,像导带中的电子相同可以起导电效果,这种价带中的电子空位,一般称为空穴。南干由.子和率穴都能导电.一般把官们统称为载流子n完伞纯洁和结构完好的半导体称为本征半导体。

  假设在绝对零度耐,又不受光、电、磁等外界效果的本征半导体能带图。此刻,导带没有电子,价带也没有空穴。因此,这时的本征半导体和绝缘体相同,不能导电。可是,因为半导体的禁带宽度Eg较小,因此在热运动或其他外界要素的效果下,价带的电子可激起跃迁到导带。这时,导带有了电子,价带也有了空穴,本征半导体就有导电才能。电子由价带直接激起跃迁到导带称为本征激起。关于本征半导体来说,其载流子只能依托本征激起发生。因此,导带的电子和价带的空穴是持平的,这便是本征半导体的导电机理的特性。

  实际上,晶体总是含有缺点和杂质的,半导体的许多特性是由所掺的杂质和缺点决议的。杂质和缺点对半导体有决议性的影响,主要是因为在杂质和缺点邻近可构成捆绑电子态,这就如同在孤立原子中电子被捆绑在原子核邻近相同。因能带的能量是和晶体根本原子的各能级相对应的(至少在能带不很宽的状况下是如此),而杂质原子上的能级和晶体中其他原子不同,所以它的方位完全可能不在晶体能带的规模之中。换句话说,杂质的能级可以在晶体能级的禁带中,即捆绑态的能量一般处在禁带中。

  在硅晶体中,硅有4个价电子,V族元素(如磷、砷、锑等)的原子替代了硅原子的方位.V族原子中5个价电子中有4个价电子与硅原子构成共价键,剩余的一个价电子不在价键中,因此成为自由电子参加导电。可以导电的电子一般是导带中的电子。所以,硅中掺人一个V族杂质可以开释一个电子给硅晶体的导带,而杂质自身成为正电中心。具有这种特色的杂质称为施主杂质,因为它能给予电子;在离子晶体中,空隙中的正离子或负离子缺位,实际上也是正电中心,所以也是施主。被捆绑于施主上的电子的能量状况称为施主能级。

  在硅晶体中,当用具有3个价电子的Ⅲ族元素(如硼、铝、嫁、铟等)的原子替代硅原子组成4个共价键时,尚缺一个电子,即存在一个空的电子能量状况,它可以从晶体的价带承受一个电子,这就等于向价带供给一个空位。Ⅲ族原子原本呈电中性,当它接收了一个电子时,成了一个负电中心。具有这种特色的杂质称为受主杂质,因为它能承受电子。受主的空能量状况称为受主能级。在离子晶体中,正离子缺位或空隙负离子都相同起着负电中心的效果,也是受主。

  施主(或受主)能级上的电子(或空穴)跃迁到导带(或价带)中去的进程称为电离,这一进程所需的能量便是电离能。所谓空穴从受主能级激起到价带的进程,实际上便是电子从价带激起到受主能级中去的进程。

  E一表明导带底,E+表明价带顶。一般,施主能级离导带底较近,即杂质的捆绑态能级略低于导带底,这样就可在常温下因为捆绑态中的电子激起到导带而使导带中的电子远多于价带中的空穴。这种主要由电子导电的半导体,称为N型半导体。

  一般,受主能级离价带顶较近,即在半导体中掺入某一杂质而使其捆绑态略高于价带顶时,就可在常温下因为价带中的电子激起到捆绑恋,因此使价带中的空穴远多于导带中的电子。这种主要由空穴导电的半导体,称为P型半导体。因为杂质的电离能比禁带宽度小得多,所以杂质的品种和数量对半导体的导电功能影响很大。在N型半导体中,因为n≥p,一般把电子称为大都载流子,而空穴称为少量载流子;在P型半导体中,则与上相反,空穴称为大都载流子,电子为少量载流子。

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