光电子中的半导体材料.ppt

发光二极管中的半导体材料 发光二极管 (LED) 发光二极管Light-Emitting Diode 是由数层很薄的掺杂半导体材料制成。 当通过正向电流时，n区电子获得能量越过PN结的禁带与p区的空穴复合以光的形式释放出能量。 LED照明的优点 发光效率高，节省能源 耗电量为同等亮度白炽灯的 10%-20%，荧光灯的1/2。 绿色环保 冷光源，不易破碎，没有电磁干扰，产生废物少 寿命长 寿命可达10万小时 固体光源、体积小、重量轻、方向性好 单个单元尺寸只有3~5mm 响应速度快，并可以耐各种恶劣条件 低电压、小电流 LED应用 半导体白光照明 车内照明 交通信号灯 装饰灯 大屏幕全彩色显示系统 太阳能照明系统 其他照明领域 紫外、蓝光激光器 高容量蓝光DVD、激光打印和显示、军事领域等 LED照明灯将珠宝行照的美轮美奂 半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一 半导体材料的分代 以硅Si为代表的半导体材料为第一代半导体材料 以砷化镓GaAs为代表的化合物半导体材料为第二代半导体材料 以氮化镓GaN、ZnO为代表的宽带隙化合物半导体材料为第三代半导体材料 GaAs材料特点 ZnO材料性质及特点与应用 第三代宽禁带光电功能材料的代表之一 ZnSe(1990), SiC(1992), GaN(1994), ZnO(1996) 1）直接带隙的宽禁带半导体材料 2）能隙 3.37eV, 束缚激子能 60 meV, 与其它几种宽禁带发光材料如ZnSe(束缚激子能22 meV), ZnS(40 meV)和GaN (25 meV)相比, ZnO是一种合适的用 于室温或更高温度下的紫外光发射材料 3）生长温度较低 Basic properties 高温特性，在300℃正常工作（非常适用于航天、军事和其它高温环境） 耐酸、耐碱、耐腐蚀（可用于恶劣环境） 高压特性（耐冲击，可靠性高） 大功率（对通讯设备是非常渴望的） 近年来,宽禁带半导体材料ZnO的研究已经引起了人们广泛的关注。ZnO是直接宽带隙(室温下3.37eV)半导体材料,激子束缚能(60meV)高,远大于室温热能(26 meV),因而理论上可以在室温条件下获得高效的紫外激子发光和激光。ZnO具有高的熔点和热稳定性,良好的机电耦合性能,较低的电子诱生缺陷,而且原料易得廉价、无毒性。作为短波长发光器件、低阈值紫外激光器的一种全新的候选材料,ZnO已经成为当今半导体发光材料与器件研究中新的热点。 ZnO半导体光电器件应用 蓝光激光器（BLD） 蓝光DVD，双面双密度容量为20G，取代现有红 光DVD，是以后数字电视存储的必由之路 激光打印和显示，生物医疗仪器和设备 ，光谱测量系统 可用于军事领域，450～550nm的蓝-绿光波段对海水是透光的，所以BLD可通过空间卫星、机载平台直接用来对海底潜艇通信，大大提高潜艇的隐蔽性和必威体育官网网址性。这是军事部门长久渴望实现的技术手段。 参考文献 微电子学材料自编讲义 《薄膜材料——制备原理、技术应用》（第2版） 唐伟忠著，冶金工业出版社 《半导体材料》 康晋峰 小组分工分工 韩进材料收集、PPT初期制作 陈泽材料收集、PPT后期润色 * * 组员：韩进涛 陈泽君 发光二级管作为装饰已悄然兴起 节省110亿度电，约合1座核电厂发电量。 25％白炽灯及100％日光灯被白光LED取代 台湾 每年节省10亿公升以上的原油消耗。 可少建1-2座核电厂。 100％白炽灯被白光LED取代 日本 每年减少7.55亿吨二氧化碳排放量。 每年节省350亿美元电费。 5％白炽灯及55％日光灯被白光LED取代 美国 降低二氧化碳排放 能源节约 条件 地区＼条件·效益 半导体材料中，最常见的Bravais格子是fcc格子和hcp格子 fcc Bravais格子：Si, Ge, GaAs,… hcp Bravais格子：GaN, ZnO,… 相应的晶体结构： (fcc)金刚石结构: Si, Ge, C,… (fcc)闪锌矿(zincblende)结构: GaAs,… (hcp)铅锌矿(wurtzite)结构: GaN, ZnO,… 高压下会发生结构相变：zincblende-wurtzite-rocksalt 半导体光电子材料的晶体结构 Fcc Bravais格子的基矢 对上图所示的晶体结构来讲，由这三个基矢构成的原胞含有一个 原子，其位置在基矢空间中表示为： A A Fe, Pb, La,… 金刚石结构(Si