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                    《無線電》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    1955年創刊,是國內電子科普領域創刊最早、發行量最大的知名雜志,累計發行量超過3億冊,倡導科普、興趣、實作、分享的辦刊理念。

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                    為什么是藍光LED——2014 年諾貝爾物理獎原理簡析

                    2015-01-22 16:48:58

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                    2014107日,諾貝爾獎組委會宣布,今年的物理學獎授予在20世紀90年代初期發明藍色發光二極管(LED)以及藍色半導體激光的3位科學家。一時間科學界輿論紛紛,許多人認為這只能算是一個技術進步,沒有達到諾貝爾獎的水準。也有許多人認為評獎專家有失偏頗,如果要給藍光LED頒獎,那么50年前就問世并獲得廣泛應用的紅光LED以及后來的綠光LED都應該獲獎。本文將試圖為大家簡單介紹這熱鬧的LED之爭背后的一些故事。

                    人類與發光二極管的第一次邂逅要追溯到100 年以前。20 世紀之初,以真空電子管為基本功能元件的電子設備(如收音機等)已經在世界上流行。然而真空電子管體積龐大,能耗很高,且價格不菲。當時的研究人員發現,把某些礦石連接在電路中,電路會出現單向導通,即整流功能(二極管的功能)。

                    如果能用礦石來取代真空電子管,那么電子元件的尺寸將會大大縮小,能耗和價格也會大幅下降。因此工程師們嘗試了使用各種礦石來制作二極管,就如同愛迪生發明燈泡時嘗試過數千種燈絲材料一樣。翻閱當年的資料,會發現許多有趣的礦石二極管,比如用黃鐵礦(FeS2)或者方鉛礦(PbS)等制作的二極管,還有在生銹的刀刃上擱一根鉛筆芯的這種“非主流”的二極管。

                    嘗試得多了,就會碰到一些奇怪的現象。1907 年,美國工程師Henry Round 試圖使用一種叫作碳化硅的礦石來作為無線電接收器的整流裝置時,他發現在負電極接觸碳化硅的地方發出了明顯的光亮,根據接觸點的位置不同,發出光的顏色有紅、黃、綠、藍等。他把這個現象叫作電致發光(electroluminescense)。圖1 展示的就是筆者在家里重現這個實驗時觀察到的這一神奇現象。

                    Round 先生意識到這有可能是一種全新的發光機制,它不是依靠把物體加熱到上千度高溫來發光,這與當時已經流行的愛迪生白熾燈有本質的區別。Round先生并不知道,他發現的正是發光二極管。要再過50 年,等到量子物理和半導體科學發展成熟以后,人們才開始真正地理解和重視發光二極管。

                    發光二極管的基本結構和工作原理與一般的整流二極管是一樣的,都是把兩種不同特性的半導體連接在一起,這兩種半導體我們稱為P 型和N 型,如圖2 所示。其中,P 型半導體中有許多可以自由移動的正電荷(P 取自單詞Positive),N 型半導體中有許多可以自由移動的負電荷(N 取自單詞Negative)。自由電荷濃度高的地方電阻很低,對二極管的功能不起關鍵作用。

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                    ■ 圖1 碳化硅礦石的電致發光現象。圖中央黑色部分為碳化硅礦石。銅導線接直流電源的負極,鋁箔紙接直流電源的正極。一點微光在銅導線接觸礦石表面的地方發出。2014 1 月號的《無線電》雜志刊登了兩篇文章,詳細描述了如何在家里做這個有趣的實驗


                    未完。。。

                    全文詳見《無線電》2014.12

                     



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