《无线电》
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为什么是蓝光led——2014 年诺贝尔物理奖原理简析
2015-01-22 16:48:582014年10月7日，诺贝尔奖组委会宣布，今年的物理学奖授予在20世纪90年代初期发明蓝色发光二极管（led）以及蓝色半导体激光的3位科学家。一时间科学界舆论纷纷，许多人认为这只能算是一个技术进步，没有达到诺贝尔奖的水准。也有许多人认为评奖专家有失偏颇，如果要给蓝光led颁奖，那么50年前就问世并获得广泛应用的红光led以及后来的绿光led都应该获奖。本文将试图为大家简单介绍这热闹的led之争背后的一些故事。
人类与发光二极管的第一次邂逅要追溯到100 年以前。20 世纪之初，以真空电子管为基本功能元件的电子设备（如收音机等）已经在世界上流行。然而真空电子管体积庞大，能耗很高，且价格不菲。当时的研究人员发现，把某些矿石连接在电路中，电路会出现单向导通，即整流功能（二极管的功能）。
如果能用矿石来取代真空电子管，那么电子元件的尺寸将会大大缩小，能耗和价格也会大幅下降。因此工程师们尝试了使用各种矿石来制作二极管，就如同爱迪生发明灯泡时尝试过数千种灯丝材料一样。翻阅当年的资料，会发现许多有趣的矿石二极管，比如用黄铁矿（fes2）或者方铅矿（pbs）等制作的二极管，还有在生锈的刀刃上搁一根铅笔芯的这种“非主流”的二极管。
尝试得多了，就会碰到一些奇怪的现象。1907 年，美国工程师henry round 试图使用一种叫作碳化硅的矿石来作为无线电接收器的整流装置时，他发现在负电极接触碳化硅的地方发出了明显的光亮，根据接触点的位置不同，发出光的颜色有红、黄、绿、蓝等。他把这个现象叫作电致发光（electroluminescense）。图1 展示的就是笔者在家里重现这个实验时观察到的这一神奇现象。
round 先生意识到这有可能是一种全新的发光机制，它不是依靠把物体加热到上千度高温来发光，这与当时已经流行的爱迪生白炽灯有本质的区别。round先生并不知道，他发现的正是发光二极管。要再过50 年，等到量子物理和半导体科学发展成熟以后，人们才开始真正地理解和重视发光二极管。
发光二极管的基本结构和工作原理与一般的整流二极管是一样的，都是把两种不同特性的半导体连接在一起，这两种半导体我们称为p 型和n 型，如图2 所示。其中，p 型半导体中有许多可以自由移动的正电荷（p 取自单词positive），n 型半导体中有许多可以自由移动的负电荷（n 取自单词negative）。自由电荷浓度高的地方电阻很低，对二极管的功能不起关键作用。
■ 图1 碳化硅矿石的电致发光现象。图中央黑色部分为碳化硅矿石。铜导线接直流电源的负极，铝箔纸接直流电源的正极。一点微光在铜导线接触矿石表面的地方发出。2014 年1 月号的《无线电》杂志刊登了两篇文章，详细描述了如何在家里做这个有趣的实验
未完。。。
全文详见《无线电》2014.12