發光二極管工作原理-二極管是什么

發光二極管通常稱為LED，它們雖然名不見經傳，卻是電子世界中真正的英雄。它們能完成數十種不同的工作，并且在各種設備中都能找到它們的身影。它們用途廣泛，例如它們可以組成電子鐘表表盤上的數字，從遙控器傳輸信息，為手表表盤照明并在設備開啟時向您發出提示。如果將它們集結在一起，可以組成超大電視屏幕上的圖像，或是用于點亮交通信號燈。

本質上，LED只是一種易于裝配到電子電路中的微型燈泡。但它們并不像普通的白熾燈，它們并不含有可燒盡的燈絲，也不會變得特別燙。它們能夠發光，僅僅是半導體材料內的電子運動的結果，并且它們的壽命同普通的晶體管一樣長。

在本文中，我們會分析這些無所不在的閃光元件背后的簡單原理，與此同時也會闡明一些饒有趣味的電學及光學原理。

二極管是最簡單的一種半導體設備。廣義的半導體是指那些具有可變導電能力的材料。大多數半導體是由不良導體摻入雜質（另一種材料的原子）而形成的，而摻入雜質的過程稱為摻雜。

就LED而言，典型的導體材料為砷化鋁鎵(AlGaAs)。在純凈的砷化鋁鎵中，每個原子與相鄰的原子聯結完好，沒有多余的自由電子（帶負電荷的粒子）來傳導電流。而材料經摻雜后，摻入的原子打破了原有平衡，材料內或是產生了自由電子，或是產生了可供電子移動的空穴。無論是自由電子數目的增多還是空穴數目的增多，都會增強材料的導電性。

具有多余電子的半導體稱為N型材料，因其含有多余的帶負電荷的粒子。在N型材料中，自由電子能夠從帶負電荷的區域移往帶正電荷的區域。

擁有多余空穴的半導體稱為p型材料，因為它在導電效果上相當于含有帶正電荷的粒子。電子可以在空穴間轉移，從帶負電荷的區域移往帶正電荷的區域。因此，空穴本身就像是從帶正電荷的區域移往帶負電荷的區域。

一個二極管由一段p型材料同一段N型材料相連而成，且兩端連有電極。這種結構只能沿一個方向傳導電流。當二極管兩端不加電壓時，N型材料中的電子會沿著層間的pN結(juncTIon)運動，去填充p型材料中的空穴，并形成一個耗盡區。在耗盡區內，半導體材料回到它原來的絕緣態——即所有的空穴都被填充，因而耗盡區內既沒有自由電子，也沒有供電子移動的空間，電荷則不能流動。