下为什么LED灯更环保？ _小知识

发光二极管是如何发光的？
要了解发光二极管的工作原理，我们首先应该理解一个问题，那就是为什么有些材料能够导电，而另外一些却不行。一种材料能导电，必须有足够多的、能自由活动的电子。可是，在原子和分子中，电子总是呆在属于自己的固定位置上；大部分材料的电子需要很大的能量才能挣脱束缚，自由活动。这样的能量一般情况下并不存在，自然没有自由活动的电子，这些材料也就不能导电，这就是通常所说的绝缘体。少数材料如金属、盐的水溶液等，由于结构特殊，有大量的电子可以自由活动，这就是导体。

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还有一些材料则比较特别，例如硅。在室温下，它们的电子和绝缘体类似，只能呆在自己的位置上，不像金属的电子那样能够自由活动。但与大部分绝缘体不同的是，硅中的电子不需要很高的能量就能脱离自己固有的位置，于是硅的导电性能就高于一般的绝缘体。特别是温度升高后，这个能量变得更小，于是这些电子就更容易自由活动。这种导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，我们称之为半导体。

不过在实际应用中，让硅导电并不需要加热，而是通过“掺杂” 。也就是向硅中引入别的元素，让它们的原子占据硅原子本来的位置。那么掺杂是如何提高硅的导电能力的呢？
我们知道，一个原子要想与另一个原子结合形成分子，一般来说两个原子需要各自拿出一个电子互相结合，形成化学键。每个硅原子总共有14个电子，但只有4个电子可以拿出来与别的原子结合，这意味着硅原子在形成晶体时，每个原子刚好可以与另外4个硅原子互相结合。如果硅中掺杂磷或砷，这两种元素都有5个电子可以和别的原子结合，而周围的硅原子却只需要4个电子，于是多出来的那个电子不受约束，就可以在硅的晶体中随意走动。如果掺杂的磷原子足够多，就会有大量的电子在硅的晶体中自由活动，硅的导电性就随之上升。像这样通过掺杂产生自由电子的半导体，我们称之为N型半导体。
如果向硅中掺杂的是硼或者镓呢？这两种元素都只能拿出3个电子，可硅需要4个电子，因此总会有某个硅原子得不到足够的电子，这就形成了一个空穴。要想把这个空穴填上，唯一的办法是“拆东墙补西墙”——从旁边的硅原子那里抢一个电子过来。可空穴又在旁边产生了，这个新的空穴自然又会从旁边的硅原子那里把电子挖过来——这样不停地折腾，相当于空穴在硅的晶体中不停地移动，也相当于有电子在自由活动，硅也因此变得可以导电。像这样通过掺杂产生移动空穴的半导体，我们称之为P型半导体。

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如果让一块N型半导体和一块P型半导体相接触，再把电源的正极与P型半导体相连，负极与N型半导体相连，构成一个完整的电路；那么N型半导体中存在的大量带负电的自由电子，会穿过P型半导体向电源正极移动。同样， P型半导体中的带正电的空穴会穿过N型半导体向电源负极移动。在这两种半导体交界处，电子和空穴相遇了。
N型半导体中自由活动的电子处在能量相对较高的位置，而P型半导体中空穴却处在能量相对较低的位置；当它们相遇，电子会占据空穴原来的位置，这就好比足球从二楼落到了一楼，多出了能量；而某些半导体材料多余的能量恰好可以以光的形式释放出来，于是，一支发光二极管就诞生了。