LED特性分析

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個角落。二極管，(英語：Diode)，電子元件當(dāng)中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。

而變?nèi)荻O管(Varicap Diode)則用來當(dāng)作電子式的可調(diào)電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流(Rectifying)”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓)，反向時阻斷 (稱為逆向偏壓)。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。

早期的真空電子二極管;它是一種能夠單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個PN結(jié)兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導(dǎo)性。一般來講，晶體二極管是一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時，由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。

早期的二極管包含“貓須晶體(“Cat‘s Whisker” Crystals)”以及真空管(英國稱為“熱游離閥(Thermionic Valves)”)。現(xiàn)今最普遍的二極管大多是使用半導(dǎo)體材料如硅或鍺。

特性

正向性

外加正向電壓時，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區(qū)。這個不能使二極管導(dǎo)通的正向電壓稱為死區(qū)電壓。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓以后，PN結(jié)內(nèi)電場被克服，二極管正向?qū)?，電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內(nèi)，導(dǎo)通時二極管的端電壓幾乎維持不變，這個電壓稱為二極管的正向電壓。當(dāng)二極管兩端的正向電壓超過一定數(shù)值 ，內(nèi)電場很快被削弱，特性電流迅速增長，二極管正向?qū)ā? 叫做門坎電壓或閾值電壓，硅管約為0.5V，鍺管約為0.1V。硅二極管的正向?qū)▔航导s為0.6～0.8V，鍺二極管的正向?qū)▔航导s為0.2～0.3V。

反向性

外加反向電壓不超過一定范圍時，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運動所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多，小功率硅管的反向飽和電流在nA數(shù)量級，小功率鍺管在μA數(shù)量級。溫度升高時，半導(dǎo)體受熱激發(fā)，少數(shù)載流子數(shù)目增加，反向飽和電流也隨之增加。

擊穿

外加反向電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時二極管失去單向?qū)щ娦?。如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱，則單向?qū)щ娦圆灰欢〞挥谰闷茐模诔烦饧与妷汉?，其性能仍可恢?fù)，否則二極管就損壞了。因而使用時應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過高。

二極管是一種具有單向?qū)щ姷亩似骷?，有電子二極管和晶體二極管之分，電子二極管因為燈絲的熱損耗，效率比晶體二極管低，所以現(xiàn)已很少見到，比較常見和常用的多是晶體二極管。二極管的單向?qū)щ娞匦?，幾乎在所有的電子電路中，都要用到半?dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。

二極管的管壓降：硅二極管(不發(fā)光類型)正向管壓降0.7V，鍺管正向管壓降為0.3V，發(fā)光二極管正向管壓降會隨不同發(fā)光顏色而不同。主要有三種顏色，具體壓降參考值如下：紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0--2.2V，黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8—2.0V，綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0—3.2V，正常發(fā)光時的額定電流約為20mA。

二極管的電壓與電流不是線性關(guān)系，所以在將不同的二極管并聯(lián)的時候要接相適應(yīng)的電阻。

特性曲線

與PN結(jié)一樣，二極管具有單向?qū)щ娦浴９瓒O管典型伏安特性曲線。在二極管加有正向電壓，當(dāng)電壓值較小時，電流極小;當(dāng)電壓超過0.6V時，電流開始按指數(shù)規(guī)律增大，通常稱此為二極管的開啟電壓;當(dāng)電壓達(dá)到約0.7V時，二極管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，通常稱此電壓為二極管的導(dǎo)通電壓，用符號UD表示。

對于鍺二極管，開啟電壓為0.2V，導(dǎo)通電壓UD約為0.3V。在二極管加有反向電壓，當(dāng)電壓值較小時，電流極小，其電流值為反向飽和電流IS。當(dāng)反向電壓超過某個值時，電流開始急劇增大，稱之為反向擊穿，稱此電壓為二極管的反向擊穿電壓，用符號UBR表示。不同型號的二極管的擊穿電壓UBR值差別很大，從幾十伏到幾千伏。

反向擊穿

齊納擊穿

反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。在高摻雜濃度的情況下，因勢壘區(qū)寬度很小，反向電壓較大時，破壞了勢壘區(qū)內(nèi)共價鍵結(jié)構(gòu)，使價電子脫離共價鍵束縛，產(chǎn)生電子-空穴對，致使電流急劇增大，這種擊穿稱為齊納擊穿。如果摻雜濃度較低，勢壘區(qū)寬度較寬，不容易產(chǎn)生齊納擊穿。

雪崩擊穿

另一種擊穿為雪崩擊穿。當(dāng)反向電壓增加到較大數(shù)值時，外加電場使電子漂移速度加快，從而與共價鍵中的價電子相碰撞，把價電子撞出共價鍵，產(chǎn)生新的電子-空穴對。新產(chǎn)生的電子-空穴被電場加速后又撞出其它價電子，載流子雪崩式地增加，致使電流急劇增加，這種擊穿稱為雪崩擊穿。無論哪種擊穿，若對其電流不加限制，都可能造成PN結(jié)永久性損壞。

隨著全球能源短缺趨勢日益加劇，綠色節(jié)能環(huán)保的LED備受矚目。世界各國都制訂了本國LED照明發(fā)展計劃，我國“十二五”規(guī)劃也對LED照明發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了明確描述，并將LED列為“十二五”期間重點節(jié)能工程，位列國家七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)和新材料產(chǎn)業(yè)。

隨著LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從LED芯片的生產(chǎn)到燈具市場，已經(jīng)形成了一條相對完善的產(chǎn)業(yè)鏈。但對于傳統(tǒng)的LED照明，從芯片、封裝、電路板一直到應(yīng)用，各個環(huán)節(jié)都相對獨立。不同場所的照明需求，對LED的封裝提出了各種新的要求。如何在模組內(nèi)集成多種技術(shù)，并通過系統(tǒng)封裝的方式使LED模組封裝趨于小型化、多功能化、智能化成為了我們需要探索的問題。從技術(shù)的角度來看，LED是一種半導(dǎo)體器件，容易與其他半導(dǎo)體相關(guān)技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展出具有更高附加值的產(chǎn)品，開拓出全新的、傳統(tǒng)照明無法觸及的市場。

LED多功能系統(tǒng)三維封裝能夠整合光源、有源、無源電子器件、傳感器等元件，并將他們集成于單一微小化的系統(tǒng)之中，是極具市場潛力的一項新技術(shù)。雖然LED在生活中處處可見，但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計人員擁有更加專業(yè)的知識儲備，這樣才能設(shè)計出更加符合生活所需的產(chǎn)品。