材料課件第九章半導(dǎo)體光電子材料

第九章半導(dǎo)體光電子材料電子器件和光電子器件應(yīng)用是半導(dǎo)體材料最重要的兩大應(yīng)用領(lǐng)域半導(dǎo)體材料Si，GaAs和GaN，InP等既是重要的電子材料，也是重要的光電子材料8.1半導(dǎo)體激光材料1962年，GaAs激光二極管的問世，作為半導(dǎo)體光電子學(xué)的開端。激光的激射波長取決于材料的帶隙，且只有具有直接帶隙的材料才能產(chǎn)生光輻射，它使注入的電子－空穴自己發(fā)生輻射復(fù)合以得到較高的電光轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生激光的條件1.形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使受激輻射占優(yōu)勢2.具有共振腔以實(shí)現(xiàn)光量子放大3.外界輸入能量至少要達(dá)到閾值，使激光管的增益至少等于損耗LD材料GaAs基InP基GaN基GaSb基8.2半導(dǎo)體顯示材料發(fā)光二極管（LED）電致發(fā)光顯示8.2.1發(fā)光二極管LED發(fā)光二極管Light-EmittingDiode是由數(shù)層很薄的摻雜半導(dǎo)體材料制成。當(dāng)通過正向電流時(shí)，n區(qū)電子獲得能量越過PN結(jié)的禁帶與p區(qū)的空穴復(fù)合以光的形式釋放出能量。LED應(yīng)用半導(dǎo)體白光照明車內(nèi)照明交通信號燈裝飾燈大屏幕全彩色顯示系統(tǒng)太陽能照明系統(tǒng)其他照明領(lǐng)域紫外、藍(lán)光激光器高容量藍(lán)光DVD、激光打印和顯示、軍事領(lǐng)域等LED照明的優(yōu)點(diǎn)發(fā)光效率高，節(jié)省能源耗電量為同等亮度白熾燈的10%-20%，熒光燈的1/2。綠色環(huán)保冷光源，不易破碎，沒有電磁干擾，產(chǎn)生廢物少壽命長壽命可達(dá)10萬小時(shí)固體光源、體積小、重量輕、方向性好單個(gè)單元尺寸只有3~5mm響應(yīng)速度快，并可以耐各種惡劣條件低電壓、小電流半導(dǎo)體照明明是21世世紀(jì)最具發(fā)發(fā)展前景的的高技術(shù)領(lǐng)領(lǐng)域之一地區(qū)＼條件·效益

條件

能源節(jié)約

降低二氧化碳排放

美國

5％白熾燈及55％日光燈被白光LED取代

每年節(jié)省350億美元電費(fèi)。

每年減少7.55億噸二氧化碳排放量。

日本

100％白熾燈被白光LED取代

可少建1-2座核電廠。

每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗。

臺灣

25％白熾燈及100％日光燈被白光LED取代

節(jié)省110億度電，約合1座核電廠發(fā)電量。

美國半導(dǎo)體體照明計(jì)劃劃從2000年起國家家投資5億億美元到2010年55%的白熾熾燈和熒光光燈被半導(dǎo)導(dǎo)體燈取代代每年節(jié)電達(dá)達(dá)350億億美元2015年年形成每年年500億億美元的半半導(dǎo)體照明明產(chǎn)業(yè)市場場日本21世世紀(jì)照明計(jì)計(jì)劃投入資金50億日元元到2007年30%的白熾熾燈被置換換為半導(dǎo)體體照明燈歐盟彩虹計(jì)計(jì)劃應(yīng)用半導(dǎo)體體照明實(shí)現(xiàn)現(xiàn)：高效節(jié)能不使用有害害環(huán)境的材材料模擬自然光光韓國“固態(tài)態(tài)”照明計(jì)計(jì)劃2004年年-2008年韓國國政府計(jì)劃劃投入1億億美元，企企業(yè)提供30%配套套資金，近近期開始實(shí)實(shí)施，預(yù)計(jì)計(jì)2008年LED的發(fā)光效效率達(dá)到80lm/W我國有近百百名專家（（兩院院士士）聯(lián)名向向國務(wù)院呼呼吁，以三三峽工程的的5%費(fèi)用用，支持我我國的半導(dǎo)導(dǎo)體照明產(chǎn)產(chǎn)業(yè)。國家啟動(dòng)國國家半導(dǎo)體體照明工程程用5-10年的時(shí)間間的努力，，1/3照照明應(yīng)用半半導(dǎo)體照明明，每年可可以節(jié)約的的電量1000億度度，多于一一個(gè)三峽水水電站的發(fā)發(fā)電量（800億度度）中國專家的的呼吁高亮度白光光LED的實(shí)現(xiàn)基于藍(lán)光LED，通過黃色色熒光粉激激發(fā)出黃光光，組合成成為白光通過紅、綠綠、藍(lán)三種種LED組合成為白白光基于紫外光光LED，通過三基基色粉，組組合成為白白光Ge：Eg＝0.67eV紅紅光GaP：Eg＝2.25eV綠綠光GaN：Eg＝3.4eV藍(lán)藍(lán)光光日亞公司1994年年首創(chuàng)用MOCVD制備了GaNLED市場分布分分析2003年年全球GaN基LED芯片產(chǎn)產(chǎn)量按全球LED市場劃劃分，目前前市場主要要集中在日日本、美國國、歐洲等等發(fā)達(dá)國家家和地區(qū)，，僅日本、、美國市場場就占到全全球的60％以上。。按應(yīng)用領(lǐng)域域劃分，目目前，高亮亮度LED主要用途途及市場有有顯示器背背光源（如如手機(jī)、PDA）、、標(biāo)志（如如戶外顯示示）、景觀觀照明、汽汽車、電子子設(shè)備、交交通信號燈燈及照明等等。8.2.2電致發(fā)發(fā)光材料電致發(fā)光又又稱為場致致發(fā)光，與與LED的的低電場結(jié)結(jié)型發(fā)光相相比，是一一種高電場場作用下發(fā)發(fā)光。電致發(fā)光材材料分為粉粉末發(fā)光材材料和薄膜膜發(fā)光材料料1）粉末發(fā)光光材料半導(dǎo)體粉末發(fā)發(fā)光材料的發(fā)發(fā)光特性主要要由一線特殊殊雜質(zhì)作為激激活劑和共激激活劑所決定定的ZnS粉末，，常用Cu作作為激活劑；；Al，Ga，In等作作為共激活劑劑常用的電致發(fā)發(fā)光粉末材料料ZnS:Mn,Cu----發(fā)黃光光ZnS:Ag----發(fā)發(fā)藍(lán)光ZnS:Cd,Ag----發(fā)紅、、綠光2）薄膜發(fā)光光材料薄膜發(fā)光材料料發(fā)光機(jī)理和和粉末材料基基本相同但薄膜材料可可以在高頻電電壓下工作，，發(fā)光亮度也也較高常用薄膜電致致發(fā)光材料ZnS:Mn----發(fā)發(fā)黃光ZnS:Tb----發(fā)發(fā)綠光ZnS:Mn-----發(fā)藍(lán)光8.2.3陰陰極射線發(fā)發(fā)光材料陰極射線管是是將電信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成光學(xué)圖圖像的電子束束管，常見的的彩色電視顯顯像管它的光電轉(zhuǎn)換換是通過其中中的熒光屏來來實(shí)現(xiàn)的；所用藍(lán)粉和綠綠粉以ZnS為主8.3太陽陽能電池材料料Si電池材料料化合物半導(dǎo)體體材料8.3.1Si電池材材料單晶Si電池池多晶硅電池帶狀硅電池薄膜硅電池材材料8.3.2化化合物半導(dǎo)導(dǎo)體材料CuInSe2電池CdTe電池池；GaAs電池池GaSb電池池謝謝觀看