LED照明对光的吸收
导体对光的吸收可分为本征吸收、杂质吸收、激子吸收、自由载流子吸收和品格吸收。1.本征吸收在不考虑热激发和杂质的作用时,四价LED照明元素中做共有化运动的电子被认为基本上处于价带中,导带中的电子很少。当光入射到LED照明的表面时,原子外层的价电子吸收足够的光子能量,使它摆脱原子核对它的束缚,跨越过禁带进入到外层能带(导带)中,成为可以自由运动的自由电子。同时,在价带中留下一个能够自由运动的“空穴”,即产生“电子一空穴”对。如图1-9所示,LED照明价带电子吸收光子能量跃迁入导带产生电子一空穴对的现象称为本征吸收。
显然,发生本征吸收的条件是光子能量必须大于LED照明的禁带宽度E。,才能使价带E,上的电子吸收足够的能量跃入到导带底能级E。之上,即肋≥Eg (1- 60)由此可以得到发生本征吸收的长波限AL≤鸶=等 c¨,,只有波长短于E(单位:肿)的入射辐射才能使LED照明产生本征吸收,改变它的导电特性。
2.杂质吸收在低温环境下的N型LED照明中未电离的杂质原子(施主原子)吸收光子能量劬。若肋大于等于施主电离能AED,则杂质原子的外层电子将克服杂质能级(施主能级)的束缚而跃入到导带成为自白电子。
同样,P型LED照明中,价带上的电子吸收了大于AEA(受主电离能)的光子能量础后,价电子摆脱受主电离能的束缚跃入受主能级,结果价带上出现“空穴”。相当于受主能级上的“空穴”吸收光子能量跃入价带。
这两种杂质LED照明吸收足够的光子能量产生电离的过程称为杂质吸收。
显然,杂质吸收的长波限A。≤畿 (1 - 62)或 A。≤芸若 (1 - 63)杂质吸收的长波长总要长于本征吸收的长波长。杂质吸收也会改变LED照明的导电特性,引起光电效应。
3.激子吸收当入射到本征LED照明上的光子能量幼小于E。,或入射到杂质LED照明上的光子能量hv小于杂质电离能(AED或AEA)时,电子不会产生能带间的跃迁成为自由载流子,仍受原来束缚电荷的约束处于受激状态,这种处于受激状态的电子称为激子。吸收光子能量后,产生激子的现象称为激子吸收。显然,激子吸收不会改变LED照明的导电特性。
4.自由载流子吸收对于一般LED照明材料而言,入射光子的频率不够高(或波长较长)时,不足以引起电子产生能带间的跃迁或形成激子时,仍然存在着吸收,而且其强度随入射波长的缩短而增加。
这是自由载流子在同一能带内的能级间的跃迁所引起的,称为自由载流子吸收。自由载流子吸收不会改变LED照明的导电特性。
5.晶格吸收晶格原子对远红外谱区的光子能量也具有吸收效应,它直接转变为晶格振动的加剧,振动动能的增加,在宏观上表现为物体温度升高,引起物质的热敏效应。
以上5种吸收中,只有本征吸收和杂质吸收能够直接产生非平衡载流子,引起光电效应。其他吸收都程度不同地把辐射能转换为热能,使器件温度升高,增加热激发载流子运动速度,而不会改变LED照明的导电特性。

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