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)”)?，F(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)ǎ娏麟S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?，在撤除外加電壓后，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须娮佣O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娞匦裕瑤缀踉谒械碾娮与娐分?，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?。硅二極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)展目標進行了明確描述，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。