LED复习资料

1二——_LED.PPT1、什么是半导体照明（固态照明），半导体照明是第几代照明光源，又是第几代电光源？（1）用半导体材料制作白光LED称为固态照明。（2）第四代（3）第三代2、LED产业的上游、中游和下游各做哪些工作？（1）上游：材料生长、结构设计；（2）中游：芯片制备；（3）下游：封装。3、什么是等电子中心(等电子陷阱)？什么的材料的发光是基于这种物理效应？（1）等电子中心指半导体中的一种深能级杂质产生的一种特殊的束缚态，有时在禁带中可产生起陷阱作用的深能级，故又称为“等电子陷阱”。（2）GaP系和GaAsP系是基于这种物理效应。4、半导体材料能制作成发光芯片的要求和性能提升的原因是什么？（1）要求：制作低缺陷的高质量薄膜；控制p型和n型的电子传导性；制作高效的发光结构。（2）原因：材料生长的改进；掺杂的改进；结构的改进。（pn结--异质结--双异质结--量子阱）5、目前，AlGaAs（填材料）适用于高亮度红光和红外LED。AlGaInP适用于高亮度红、橙、黄及黄绿LED。GaInN适用于高亮度深绿、蓝、紫和紫外LED。三_——LED.PPT1、在半导体中电子分布须遵循哪些基本原则和规则？（1）最低能量原理：先填充低能级轨道，使原子系统能量最低；（2）泡利不相容原理：每个轨道最多容纳两个自旋相反的两个电子；（3）洪德规则：能级简并的轨道上，电子尽可能自旋平行地分占不同的轨道；全填满、半填满和全空状态比较稳定。2、直接带隙和间接带隙半导体有哪些区别？并分别给出一个实际的例子。（1）直接带隙：(a)价带极大值和导带极小值都位于k空间的原点;(b)价带的电子跃迁到导带时，只要求能量的改变，而电子的准动量不发生变化，称为直接跃迁(c)直接跃迁对应的半导体材料称为直接禁带半导体。例子：GaAs，GaN，ZnO（2）间接带隙：(a)价带的极大值和导带的极小值不位于k空间的原点上;(b)价带的电子跃迁到导带时，不仅要求电子的能量要改变，电子的准动量也要改变，称为间接跃迁;(c)间接跃迁对应的半导体材料称为间接禁带半导体。例子：Si，Ge3、什么是直接跃迁和间接跃迁？他们有哪些区别？（1）价电子跃迁到导带时只要求能量改变而准动量不变，称为直接跃迁；价电子跃迁到导带时，能量和准动量同时发生变化，称为间接跃迁。（2）区别：(a)间接跃迁准动量也发生变化；(b)单纯的光跃迁过程是直接跃迁，效率高；(c)间接跃迁必须有声子参与，使能量守恒，故发生概率要小的多。4、电子和空穴在允带能级上的分布遵守费米—狄拉克分布。能量为E能级电子占据的几率为)exp(11)(kTEfEEf。21、白炽灯的发光效率是8~15lm/W左右，普通T-8卤素荧光灯光效可达40lm/W，T-5高效荧光灯可以达到80lm/W，LED光效可达200lm/w。2、电子和空穴复合可分为二类：一是伴随着光的辐射的复合，称为：辐射复合。一类是不伴随光的辐射，称为非辐射复合。3、两种发光的复合，一种发射的光是多方向的，称为自发辐射，一种发射的光方向一致，称为受激辐射。4、电致发光的定义？答：是某些物质受到外界电场作用而发光，也就是电能转化为光能的过程。5、LED芯片的基本结构包含哪些功能层（用示意图表示），各功能层的具体作用是什么？答：衬底：支撑成长的单晶薄膜，厚度约300~500um；掺杂：掺入P（N）型材料，改变磊晶层中主要导电载流子空穴（电子）的浓度；发光层：发光区，电子与空穴结合；缓冲层：缓冲外延层与衬底之间因晶格差异造成的缺陷。（图p35_ppt）6、用能带理论解释LED发光的基本原理。并给出相应的能带图。并说明LED的发光波长是由什么决定的，给出相应的数学表达式。答：能带解释：半导体中的电子能态分为导带与价带，二者之间由禁带隔开。处于导带中的电子可自由移动，称为自由电子；处于价带中的电子称为价电子，不能移动。当价电子得到足够的能量离开价带时就形成称为空穴的电子空位，空穴可以在价带中移动，形成电荷量为+e。当半导体中导带电子密度大于价带空穴密度，称为n型半导体，反之为p型。N型与p型接触，形成p_n结。当对p_n结施加正向偏压时，由于势垒高度降低，价带空穴由p区注入结取，导带电子由n区注入结区，二者复合发光。发光波长由禁带宽度决定。)(24.1)(eVEgum（p47_ppt）7、什么是双异质结？画出相应的能带示意图，它对LED有什么影响？为什么？答：由宽带隙的n型和p型半导体夹一层窄带隙半导体构造的，在激活区两侧两种半导体的交接层之间形成两个异质势垒，这种势垒的结构称为双异质结。（图p53_ppt）影响：（1）提高载流子的注入效率，从而提高LED效率。（2）中间一层的折射率通常较大，辐射的光不但强而且半宽较窄。8、什么是量子阱？量子阱LED有什么优势？答：由带宽不同的薄层材料交替生长在一起，而且窄带隙薄层被包夹在宽带隙材料中间的一种微结构，其中窄带隙势阱层的厚度小于电子德布罗意波长，电子能级变成分立的量子化能级，该结构为量子阱结构。优势：（1）阀值电流降低；（2）可通过设计结构得到不同的波长。9、量子阱和超晶格有什么相同和不同？答：相同：均为两种或两种以上的半导体材料交替生长出的周期性薄层的微结构材料。不同：多量子阱载流子波函数之间耦合很小，且势垒足够厚；超晶格势垒很薄，势垒间耦合强烈。10、什么是德布罗意波长？给出其表达式。答：一切微观粒子都具有波粒二象性，具有质量m和速度vde运动粒子也具有波动性，波长为普朗克常数与动量的比值，即ph311、试计算InGaN材料理论上的发光波长范围？解：EgxbxGaNEgxInNxEgEgeVbGaNEgeVInNEg1240)1(][)1(][43.1,42.3][,77.0][其理论上发光波长范围是333~1689nm（将x=0和x=1分别代入）四——LED.ppt1、RGB和CMYK指的是什么，分别给出每个字母代表的含义？并简述他们的区别。答：CMYK指的是印刷的彩色模式，cyan（青色）、magenta（品红色）、yellow(黄色)、black(黑色)；RGB是一种发光的色彩模式，red、green、blue。区别：CMYK是一种依靠反光的色彩模式，需要外光源；只要在屏幕上显示的图像就是RGB模式的。2、什么是量子斯塔克效应？它如何实现白光LED？答：对原子使用强大的电厂可以改变电子所能吸收的光线波长，这种现象被称为斯塔克效应。要在原子中产生斯塔克效应，所需的电压非常之高以致无法在芯片中采用。但在一些细薄的材料中，可以产生一种强烈而敏感的斯塔克效应，被称为量子限制斯塔克效应，这发生于可以接受的电压下。很多今日的高端电讯设备使用能产生这种效应的薄型材料来在光纤中传输数据。当LED外延片存在内应力时，在量子阱内部产生电场，由于量子限制斯塔克效应辐射复合效率会降低，从而降低器件的内量子效应，我们可能观察到由于量子限制斯塔克效应引起的主波长红移。3、制作白光LED目前主流的有哪些方法？各有什么优缺点？目前主要采用的哪种方法？这种主流的方法有什么原理性的缺点？答：（1）在LED蓝光芯片上涂覆YAG黄绿荧光粉：优点：相当简单，便于实现且效率高，资金投入不太大，因此具有一定的实用性。缺点：是荧光粉与胶混合后，均匀性较难控制。由于荧光粉易沉淀，导致布胶不均匀、布胶量不好控制，因而造成出光均匀性差、色调一致性不好、色温易偏离且显色性不够理想。（2）紫外LED+RGB荧光粉：优缺点：该种LED的显色性更好，但目前转换效率较高的红色和绿色荧光粉多为硫化物体系。这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大，故还没批量使用。（3）三基色合成白光（红、绿、蓝的比例通常是3：6：1）：优点：只要通过各色芯片的电流稳定、散热较好，那么这种方法产生的白光比上述产生的白光稳定且制作简单。光衰问题：驱动方法要考虑到不同芯片的光衰不一样。采用不同的电流进行补偿，使之发出的光比例控制在3：6：1。这样可以保持混合的白光稳定，从而达到理想的效果。4、除了主流的制作白光LED的方法外，试举例说明其他的制作白光LED的方法。答：（1）利用隧道结制造；（2）利用量子斯塔克效应；（3）在蓝色LED上涂敷绿色和红色荧光粉；（4）用红、蓝、绿和黄四种芯片混出白光。五——LED.PPT1、什么是荧光粉？固体发光的基本原理是什么？发光材料的发光机理包含哪三个基本过程？4答：所谓荧光粉是指那些可以吸收能量（这些所吸收的能量包括电磁波（含可见光、X射线、紫外线）、电子束或离子束、热、化学反应等），再经由能量转换后放出可见光的物质，也称之为荧光体或夜光粉。固体发光原理：当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击等激发后，只要该物质不会因此而发生化学变化，它总要回复到原来的平衡状态。在这个过程中，一部分多余的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的，就称这种现象为发光。三个基本过程：激发；能量传递；发光。2、发光材料通常包含哪三种功能材料？他们分别起什么作用？答：基质、激活剂和敏化剂；基质：某种绝缘体或半导体材料，形成基本的能带结构，对激发能量额吸收起决定性作用。激活剂：掺杂进基质的离子或基团。通常是高效的发光中心（稀土离子、过度金属离子），在基质禁带中形成孤立能级系统，通过这些能级产生发光所需要的基态或激发态。敏化剂：掺进基质的某种离子，起能量传递作用，使能量从吸收处传递到发光中心。3、发光材料有哪几种构成形式？答：（1）多晶或单晶形态的基质材料和激活剂组成（发光中心）。也可掺入敏化剂。（2）只有基质材料，利用某种本征缺陷作为发光中心。（3）只有基质材料，利用本征激子态或带边电子态产生发光中心。4、固体发光一般有哪三种激发和发光过程？每一种激发和发光过程又包含哪些具体的发光形式？答：（1）发光中心直接激发与发光（过程了解p11）：（a）.自发发光；（b）.受迫发光（2）基质激发发光：（a）.直接落入发光中心激发态的发光；（b）.浅陷阱能级俘获的电子产生的发光；（c）.深能级俘获的电子产生的发光。（3）激子吸收引起的激发和发光。5、什么是能量传递和能量输运？有哪几种机制？答：能量传递：能量传递是指某一激发中心把激发能的全部或一部分转交给另一个中。能量输运：能量输运是指借助电子、空穴、激子等的运动，把激发能从一个晶体的一处输运到另一处的过程。机制：再吸收；共振传递；借助载流子的能量输运；激子的能量传输。1、荧光和磷光怎么区分？答：把物质在受激发时的发光称为荧光；把激发停止后的发光称为磷光。以10-8s为界，持续时间短于10-8s的发光为荧光，而把持续时间长于10-8s的发光称为磷光。2、第二代荧光粉——卤粉，在荧光灯的应用中存在哪些缺点？什么是色心？答：（1）发光光谱中缺少450nm以下蓝光和600nm以上红光，使灯的Ra值偏低。加入一定比例的蓝、红粉，Ra值可提高，但灯的光效又明显下降。（2）在紫外线185nm作用下形成了色心，使灯的光衰较大。色心：在原来透明的晶体中产生光学吸收带的类原子缺陷和电子缺陷称为色心。3、三价稀土离子在晶体中的电子跃迁有哪几种方式？什么是f-f跃迁和f-d跃迁，它们各有什么特点？答：4f-4f和4f-5d之间的相互跃迁以及稀土离子与相邻阴离子间的电荷转移跃迁。其中f-f跃迁是宇称禁戒的。但实际上可以观察到这些跃迁产生的光谱，这是由于在基质晶格内晶体环境的影响，这种禁戒会被部分解除或完全解除，使电子跃迁有可能实现。5同时由于4f壳层电子被5s25p6壳层的8个电子包围，4f能级受外层电子轨道的屏蔽，使f-f跃迁的光谱受外界晶体场影响较小，谱线表现为尖锐的吸收峰。f-d跃迁是因为4f激发态能级的下限高于5d能级的下限而使电子跃迁到较高的5d能级而产生的电子跃迁。根据光谱选择定则，f-d电子跃迁是允许跃迁，吸收强度比f-f跃迁大四个数量级。4、什么是稀土荧光粉的激活发光和非激活发光？各有什么特点？答：（1）在高温下向基质中掺入激活剂出现杂质缺陷，由这种缺陷引起的发光叫激活发光。特