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时间:2018-12-24
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1、半导体照明(LED)百题问答1、光的本质是什么,物体发光有哪几种方式?光是一种能量的形态,它可以从一个物体传播到另一个物体,其中无需任何物质作媒介。通常将这种能量的传递方式谓之辐射,其含义是能量从能源出发沿直线(在同一介质内)向四面八方传播。关于光的本质,早在十七世纪中叶就被牛顿与麦克斯韦分别以“微粒说”、“波动说”进行了详细探讨,并成为当前所公论的光具有“波粒二重性”的理论基础。约100多年前,人们又进一步证实了光是一种电磁波,更严格地说,在极为宽、阔的电磁波谱大家族中。可见光的光波只占有很小的空间,如表1-1所示。其波长范围处在380nm-7
2、70nm表1-1:电磁波谱波长区域电磁波谱种类波长范围nmμmcmM长波振荡>105无线电波1—105微波10-1—102红外线0.77—103可见光380—770紫外线10—390X射线10-3—50r射线10-5—10-1宇宙射线<10-5*lm=102cm=106μm=109nm之间,包含了人眼可辩别的紫、靛、蓝、绿、橙、红七种颜色,它的长波方向是波长范围在微米量级至几十千米的红外线、微波及无线电波区域;它的短波端是紫外线、x射线、r射线,其中r射线的波长已小到可与原子直径相比拟。物体的发光方式通常可分成二类,即热光与冷光。所谓热光又称之谓
3、热辐射,是指物质在高温下发出的热。在热辐射的过程中,特内部的能量并不改变,通过加热使辐射得以进行下去,低温时辐射红外光、高温时变成白光。众所周知,当钨丝在真空式惰性气氛中加热至很高的温度,即会发出灼眼的白光。其实,太阳光就是一种最为常见的白光,三棱镜可将太阳光分解成上述的七种颜色,实验已证明,只要采用其中的蓝、绿、红三种颜色,即可合成自然界中所有色彩,包括白色的光,我们通常将蓝、绿、红三种颜色称之为三原色。冷光是从某种能源在较低温度时所发出的光。发冷光时,某个原子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。由于这种状态是不稳定的,该电子通常以光的
4、形式将能量释放出来,回到基态。由于这种发光过程不伴随物体的加热,因此将这种形式的光称之为冷光。按物质的种类与激发的方式不同,冷光可分为各种生物发光、化学发光、光致发光、阴极射线发光、场致发光、电致发光等多种类别。萤火虫、荧光粉、日光灯、EL发光、LED发光等均是一些典型的冷光光源。2、何谓电致发光?半导体发光为何属冷光?所谓电致发光是一种直接电能转换成光能的过程。这种发光不存在尤如白炽灯那样先将电能转变成热能,继而使物体温度升高而发光的现象,故将这种光称之为冷光。通常有二种电致发光现象,EL屏是利用固体在电场作用下的发光现象所制成的光源,荧光材料
5、在电场作用下,导带中的电子被加速到足够高的能量并撞击发光中心,使发光中心激发或电离,激活的发光中心回到基态或与电子复合而发光,荧光材料(ZnS)中不同的激活剂决定了发光的颜色。第二类电致发光又称之为注入式场致发光,LED与LD就属于这类发光过程。电致发光实际上也是一种能量的变换与转移的过程。电场的作用使系统受到激发,将电子由低能态跃迁到高能态,当他们从高能态回到低能态时,根据能量守衡原理,多余的能量将以光的形式释放出来,这就是电致激发发光。发光波长取决于电子的能量差:△E=hν=h·c/λ=1.24λ(2-1)其中△E=E1—E2,E是发射光子所
6、具有的能量,以电子伏特为单位。λ为光子波长,以毫微米为单位。由式(2-1)可知,激发电子的能量差△E越高,所发出的电子波长就越短,颜色发生蓝移,所之,激发电子能量差变小,所发光子的波长就会红移。4、简单介绍一下LED的发展历史好吗?半导体P-N结发光现象的发现,可追溯到上世纪二十年代。法国科学家O.W.Lossow在研究SiC检波器时,首先观察到了这种发光现象。由于当时在材料制备、器件工艺技术上的限制,这一重要发现没有被迅速利用。直至四十年后,随着Ⅲ-Ⅴ族材料与器件工艺的进步,人们终于研制成功了具有实用价值的发射红光的GaAsP发光二级管,并被G
7、E公司大量生产用作仪器表指示。此后,由于GaAs、Gap等材料研究与器件工艺的进一步发展,除深红色的LED外,包括橙、黄、黄绿等各种色光的LED器件也大量涌现于市场。出于多种原因,Gap、GaAsP等LED器件的发光效率很低,光强通常在10mcd以下,只能用作室内显示之用。虽然AlGaAs材料进入间接跃进型区域,发光效率迅速下降。跟随着半导体材料及器件工艺的进步,特别是MOCVD等外延工艺的日益成熟,至上世纪九十年代初,日本日亚化学公司(Nichia)与美国的克雷(Cree)公司通过MOCVD技术分别在蓝宝石与SiC衬底上生长成功了具有器件结构的
8、GaN基LED外延片,并制造了亮度很高的蓝、绿及紫光LED器件。超高亮度LED器件的出现,为LED应用领域的拓展开辟了极为绚丽的前景。首
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