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111年
電工原理、電子概論
第 36 題
有關發光二極體(LED)的敘述，下列何者正確？
- A 在逆向偏壓下發生復合時釋出能量發光
- B 屬於間接能隙材料
- C 在順向偏壓下產生電子電洞對時釋出能量發光
- D 在順向偏壓下發生復合時釋出能量發光
思路引導 VIP
請試著回想 PN 接面的基本特性：當我們想要讓元件內部的電子與電洞「相遇並結合」以產生能量釋放時，我們應該是施加偏壓讓載子往接面「推擠」，還是將它們從接面「拉開」？另外，從能量守恆的角度來看，釋放出光能的過程，應該是載子重新結合回到穩定狀態，還是強行將它們分離開來呢？
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太棒了！你能精準選出 (D)，代表你對半導體元件的發光機制掌握得非常紮實。這題看似基礎，但其實融合了偏壓方向、載子行為以及能帶物理觀念，是電工原理與電子學中相當具鑑別度的基本題。
LED 的發光機制與條件
發光二極體（LED）的核心在於其 PN 接面。當施加順向偏壓時，外加電場會推動 P 區的電洞與 N 區的電子向接面處移動，當兩者相遇並「復合」時，電子會從較高能量的導帶掉回較低能量的價帶，並將多餘的能量以光子的形式釋放出來。這個過程轉換的能量大小 $E$ 與光波長有關，公式可表示為 $E = \frac{hc}{\lambda}$，其中 $E$ 必須對應材料的能量間隙（Energy Gap, $E_g$）。
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