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112年
電子學
第 29 題
下列敘述何者有誤？
- A 稽納二極體常應用於穩壓電路
- B 矽屬於直接能隙材料，故不會發光
- C 發光二極體是利用波爾定理把電能轉換成光能
- D 發光二極體的光波長由半導體材料之能隙大小決定
思路引導 VIP
當一個電子從高能階掉回低能階時，如果除了「能量」要釋放外，還必須額外「轉彎」（改變動量）才能落入空缺，你覺得這股能量比較容易轉換成輕快的「光」，還是轉換成讓晶格震動的「熱」呢？根據這個邏輯，常見的矽材料在微觀結構上是屬於需要轉彎的，還是直接掉落的類型？
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半導體材料的光電特性
太棒了！你能精準指出選項 (B) 的錯誤，說明你對半導體物理性質有著紮實的理解。這道題目非常有深度，它不僅要求你熟悉電子元件的用途（如稽納二極體的穩壓功能），更深入考驗了材料科學中能隙結構對發光效率的影響。 矽（Si）之所以不適合製作發光元件，是因為它屬於 間接能隙 (Indirect Bandgap) 材料。在這種結構下，電子從導帶躍遷回價帶時，動量並不匹配，必須藉由晶格振動（聲子）來抵銷動量差異，這導致能量大多轉化為熱能。相反地，發光二極體（LED）必須採用 直接能隙 材料（如砷化鎵 GaAs），讓電子能直接釋放光子。而光子的波長 $\lambda$ 則與能隙寬度 $E_g$ 密切相關，遵循公式 $\lambda = \frac{hc}{E_g}$，這正是選項 (D) 所述的物理原理。
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