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藍(lán)色發(fā)光二極管 (blue LED) 與其他 LED 相比有何特別？
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他們?nèi)齻€(gè)發(fā)明了基于InGaN的藍(lán)光發(fā)光二極管。InGaN的禁帶寬度大，所以電子從導(dǎo)帶向價(jià)帶墜落時(shí)發(fā)出高能量（短波長(zhǎng)）的光。比如用GaAs作為二極管，由于禁帶寬度小，只能發(fā)出紅外光。寬禁帶的晶體長(zhǎng)晶不容易，GaN不能像GaAs或Si一樣長(zhǎng)成大片，柱形的單晶體?？紤]到晶格的匹配，一般只能在藍(lán)寶石上生長(zhǎng)（現(xiàn)在也能在其他基地上生長(zhǎng)，SiC,Si,甚至金屬）。
個(gè)人覺(jué)得這幾年的諾貝爾物理獎(jiǎng)更傾向于給應(yīng)用物理方面的，能夠在世界產(chǎn)生巨大應(yīng)用前景或已經(jīng)產(chǎn)生極大影響的研究成果。比如光纖，石墨烯，加這次的藍(lán)光發(fā)光二極管。藍(lán)光二極管的產(chǎn)生，三元發(fā)光色才完備，才能使白光顯像成為可能?，F(xiàn)在的廣場(chǎng)大屏幕LED，手機(jī)，電視都在用，已經(jīng)融進(jìn)了每家每戶(hù)。市場(chǎng)上已經(jīng)大量出現(xiàn)LED的燈泡，他們是通過(guò)改變藍(lán)光和黃光的比例產(chǎn)生出白光或類(lèi)似太陽(yáng)色的自然光，其中黃光是通過(guò)藍(lán)光照射熒光粉產(chǎn)生的。所以有了藍(lán)光LED 就有了白光，使節(jié)能的白光LED照明成為可能。之后的紫外光二極管加熒光粉產(chǎn)生的白光二極管（日光燈原理： 汞蒸氣產(chǎn)生紫外光，紫外光轟擊熒光粉后產(chǎn)生二級(jí)光子為白光），使白光具有了全光譜。未來(lái)的家庭，市政的光源必定是LED的天下。從影響力上看，這幾十年的物理研究，影響力無(wú)出其右。
多數(shù)解釋性?xún)?nèi)容copy自wiki，因?yàn)閣iki上的解釋已經(jīng)非常好了，至少比我臨時(shí)寫(xiě)得要好。
首先解釋下能帶（引號(hào)斜體from wiki）：
“固體材料的能帶結(jié)構(gòu)由多條能帶組成，能帶分為傳導(dǎo)帶（簡(jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)帶）、價(jià)電帶（簡(jiǎn)稱(chēng)價(jià)帶）和禁帶等，導(dǎo)帶和價(jià)帶間的空隙稱(chēng)為能隙。
能帶結(jié)構(gòu)可以解釋固體中導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體三大類(lèi)區(qū)別的由來(lái)。材料的導(dǎo)電性是由“傳導(dǎo)帶”中含有的電子數(shù)量決定。當(dāng)電子從“價(jià)帶”獲得能量而跳躍至“傳導(dǎo)帶”時(shí)，電子就可以在帶間任意移動(dòng)而導(dǎo)電。
一般常見(jiàn)的金屬材料，因?yàn)槠鋫鲗?dǎo)帶與價(jià)帶之間的“能隙”非常小，在室溫下電子很容易獲得能量而跳躍至傳導(dǎo)帶而導(dǎo)電，而絕緣材料則因?yàn)槟芟逗艽螅ㄍǔ４笥?電子伏特），電子很難跳躍至傳導(dǎo)帶，所以無(wú)法導(dǎo)電。一般半導(dǎo)體材料的能隙約為1至3電子伏特，介于導(dǎo)體和絕緣體之間。因此只要給予適當(dāng)條件的能量激發(fā)，或是改變其能隙之間距，此材料就能導(dǎo)電。”
我真的不太會(huì)科普，wiki的這段表述也不太容易理解，所以盡力解釋下：通俗點(diǎn)說(shuō)（但不嚴(yán)謹(jǐn)）： 電子在晶體中有兩種狀態(tài)，一種是束縛態(tài)，繞著原子核轉(zhuǎn)的。另一種是自由狀態(tài)，可以在不同的原子核或是晶格中來(lái)回跑的。自由狀態(tài)的能量一般比束縛狀態(tài)的能量要高一點(diǎn)。比如說(shuō)金屬，有很大一部分電子是自由的，可以在不同晶格中穿梭，所以金屬能導(dǎo)電。但是本征半導(dǎo)體（沒(méi)有摻雜的半導(dǎo)體）或絕緣體，電子都束縛在原子核周?chē)?。靠熱激發(fā)，電子還不能變成自由態(tài)，所以一般情況下不導(dǎo)電。
對(duì)于本征半導(dǎo)體或絕緣體，從束縛狀態(tài)到自由狀態(tài)，電子需要一定的能量去激發(fā)，可以通過(guò)熱，震動(dòng)，光子，其他粒子等等。束縛態(tài)中，存在著各種能帶，電子可以存在于這些能帶中，每個(gè)能帶存在著兩個(gè)自旋相反的電子。電子的能量從低到高填滿(mǎn)了這些束縛態(tài)的能帶，我們稱(chēng)之為價(jià)帶。價(jià)帶填滿(mǎn)的時(shí)候，價(jià)帶是滿(mǎn)帶，滿(mǎn)帶不導(dǎo)電。其中價(jià)帶的能量最高的那一條帶的能量最高點(diǎn)，稱(chēng)之為價(jià)帶頂。一會(huì)會(huì)用到這個(gè)概念。同樣，自由態(tài)現(xiàn)在是空帶，沒(méi)有電子，也不會(huì)導(dǎo)電。但是一旦有了電子，這些電子就能自由穿梭，開(kāi)始導(dǎo)電，自由態(tài)對(duì)應(yīng)的能帶，我們成為導(dǎo)帶。其中導(dǎo)帶的能量最低的那一條帶的能量最低點(diǎn)，稱(chēng)之為導(dǎo)帶底。價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底之間的能量差稱(chēng)之為禁帶。電子不能在禁帶中存在，因?yàn)闆](méi)有可以存在的態(tài)。
那么怎么讓半導(dǎo)體導(dǎo)電呢，就是摻雜。”摻雜是半導(dǎo)體制造工藝中，為純的本征半導(dǎo)體引入雜質(zhì)，使之電氣屬性被改變的過(guò)程。“摻雜就是在禁帶中增加一條摻雜能級(jí)， 本來(lái)不能有電子存在的地方，由于引入了一條摻雜能級(jí)了，所以可以有電子存在。有的摻雜能級(jí)靠近價(jià)帶，稱(chēng)為P摻雜，價(jià)帶中的電子通過(guò)熱激發(fā)到了摻雜能級(jí)，就能導(dǎo)電，因?yàn)檫@時(shí)價(jià)帶不再是滿(mǎn)帶，空穴能自由走。想象一下，一個(gè)原子缺了一個(gè)束縛的電子后，邊上的原子有時(shí)會(huì)貢獻(xiàn)一個(gè)電子給他，邊上的原子就缺了一個(gè)電子。缺了電子的位置成為空穴。同時(shí)，有的摻雜能級(jí)靠近導(dǎo)帶就是N摻雜。摻雜能級(jí)中的電子可以激發(fā)到導(dǎo)帶，參與傳導(dǎo)。 這些參與導(dǎo)電的電子或空穴成為載流子。載流子濃度越高，導(dǎo)電性能越好。
把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體貼在一起就是個(gè)PN結(jié)，Diode（二極管）。 LED就是PN結(jié)的一個(gè)應(yīng)用，其中D 就是Diode。
剛才說(shuō)到，P型摻雜后，價(jià)帶上有空穴；N型摻雜后，導(dǎo)帶上有電子。那么將P和N貼在一起會(huì)發(fā)生什么呢？導(dǎo)帶上的電子會(huì)落到價(jià)帶上的空穴，這是個(gè)電子空穴的復(fù)合過(guò)程，復(fù)合的過(guò)程也是一個(gè)發(fā)光的過(guò)程。因?yàn)閷?dǎo)帶上的電子能量高 ，價(jià)帶上的空穴能量低。在下落過(guò)程中，發(fā)出一個(gè)光子。這個(gè)光子的能量正好是導(dǎo)帶底的能量減去價(jià)帶頂?shù)哪芰?，也就是之前說(shuō)的禁帶寬度。光子的能量和光子的波長(zhǎng)有關(guān)，E=hv。波長(zhǎng)越短，顏色偏紫，能量越高；波長(zhǎng)越長(zhǎng)，顏色偏紅，能量越低。也就是說(shuō)：禁帶寬度越大，產(chǎn)生偏藍(lán)光，禁帶寬度越小，產(chǎn)生偏紅光。
這些就是LED的基本原理了.。
