LED结中使用哪种半导体材料？LED的结构制造过程

LED的完整形式是发光二极管。LED是特殊类型的半导体二极管，其响应于施加在其端子上的电位差而发光，因此称为发光二极管。就像普通二极管一样，LED也有两个极性的端子，即阳极和阴极。为了照亮LED，在其阳极和阴极端子上施加电位差或电压。

如今，LED被广泛用于制造高亮度最先进的LED灯。这些也广泛用于制造装饰性 LED 灯串和 LED 指示灯。

简史

尽管LED被认为是当今高科技半导体行业的产品，但它们的发光特性最初是在很多年前发现的。第一个注意到LED光效果的人是马可尼的工程师之一H. J. Round，他也以多项真空管和无线电发明而闻名。他在1907年与马可尼一起研究点接触晶体探测器时碰巧发现了这一点。

1907年，《电气世界》杂志首次报道了这些突破。LED概念一直处于休眠状态数年，直到1922年被俄罗斯科学家O.V. Losov重新发现。

洛索夫居住在列宁格勒，在第二次世界大战中不幸丧生。他的大部分设计可能在战争中丢失。尽管他在1927年至1942年间共申请了四项专利，但他的研究直到他去世后才得到认可。

LED概念在1951年重新出现，当时K. Lehovec领导的一组科学家开始研究这种效应。调查在其他组织和研究人员的参与下进行，包括W. Shockley（晶体管的发明者）。最终，LED概念经历了重大改进，并在1960年代后期开始商业化。

LED结中使用哪种半导体材料？

从本质上讲，发光二极管是使用化合物半导体制成的专用PN结。

硅和锗是两种使用最广泛的半导体，但由于它们只是元素，因此不能用它们制造LED。

相反，砷化镓、磷化镓和磷化铟等结合了两种或多种元素的材料经常被用来制造 LED。例如，砷化镓的化合价为三，砷的化合价为五，因此，两者都被归类为III-V族半导体。

属于III-V族的材料也可用于制造其他化合物半导体。

当半导体结正向偏置时，来自P型区域的空穴和来自N型区域的电子进入结并结合，就像它们在普通二极管中一样。

电流以这种方式通过结点。

结果释放能量，其中一些像光子（光）一样发射。为了保证结构吸收最少量的光子（光），在大多数情况下产生大部分光的结的P侧位于最靠近器件表面的位置。

需要完美优化液络部，并且需要使用正确的材料来产生可见光。光谱的红外区域是纯砷化镓发射能量的地方。

LED 如何获得颜色

铝被引入半导体以产生砷化铝镓，它将LED光转移到光谱的亮红色端（AIGaAs）。

红光也可以通过添加磷产生。

其他 LED 颜色采用各种材料。例如，磷化镓发出绿光，而黄色和橙色光由铝铟磷化镓产生。大多数LED由镓半导体制成。

LED 采用两种结构制造

表面发射二极管和边缘发光二极管，如图所示。1 A 和 B 分别是用于 LED 的两种主要架构。表面发光二极管是其中最受欢迎的，因为它在更宽的角度上发光。

制造后， LED结构需要以可以安全使用而不会损坏LED的方式进行封闭。

大多数微小的LED指示灯被封装在环氧胶中，其折射率介于半导体和周围空气的折射率之间（见下面的图2）。因此，二极管得到了完美的保护，并且光以最有效的方式传输到外部世界。

LED 正向电压 （VF） 规格

由于LED是电流敏感器件，因此施加的电压绝不能超过LED的最小正向电压规格。LED （VF） 的正向电压规格只是可用于安全明亮地照亮 LED 的最佳电压电平。如果电流超过LED的正向电压规格，LED将燃烧并永久损坏。

如果电源电压高于LED的正向电压，则使用与电源串联的计算电阻来限制流向LED的电流。这确保了LED能够以最佳亮度安全地照明。

目前大多数LED的正向电压值约为3.3 V。无论是红色、绿色还是黄色LED，通常都可以通过在阳极和阴极端子上施加3.3 V来照亮。

LED 的电源电压必须是直流电。也可以使用交流电，但LED应连接整流二极管。这确保了交流电压极性的变化不会对LED造成任何伤害。

限制电流

LED与普通二极管一样，没有固有的电流限制。因此，如果它直接连接在电池上，它会被烧毁。

如果电源直流电压约为3.3 V，则LED将不需要限幅电阻。但是，如果电源电压高于3.3 V，则需要一个与LED端子串联的电阻器。

电阻器可以与LED的阳极端子串联，也可以与LED的阴极端子串联。

为避免损坏，必须在电路上连接一个电阻器来控制电流。普通指示灯 LED 的最大电流规格约为 20 mA;如果电流限制在此以下，LED的光输出将成比例地减少。

如图所示。如图3所示，在估算消耗的电流量时，可能需要考虑LED本身两端的电压。因为如果电压增加，电流消耗也会成比例地增加。

限幅电阻的计算公式如下：

R = V - LED 前驱 V / LED 电流

这里V表示输入直流电源。

LED FWD V 是 LED 的正向电压规格。

LED 电流表示 LED 的最大电流处理能力。

假设 V = 12 V，LED FWD V = 3.3 V，LED 电流 = 20 mA，那么 R 的值可以通过以下方式求解：

R = 12 - 3.3 / 0.02 = 435 欧姆，最接近的标准值为 470 欧姆。

瓦数将 = 12 - 3.3 x 0.02 = 0.174 瓦，或者只需 1/4 瓦即可。
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