波尔用氢原子轨道理论成功结识了电子跃迁。该理论假设氢原子电子在某些特定的轨道上运行,每个轨道对应着一个能级,且能级是分离的。在外界光子的激发下,电子可以从低能级跃迁到高能级,也叫做受激辐射,其中入射光子的能量必须要大于或者等于两轨道能级绝对值之差。同时合适的光子入射下,原子电子也可以从高能级跃迁到低能级,同时放出一个光子,该光子能量与入射光子能量相同电子跃迁 电子跃迁就是指原子的外层电子从低能轨道转移到高能轨道,或者从高能轨道转移到低能轨道,在没有外界激励的情况下电子处在平衡状态下,再有外界激励下,电子平衡被打破,如果电子吸收光子能量则会跳跃到离原子核更远的轨道上(光子能量大于或等于两轨道能及之差),但这样的电子不稳定,容易放出能量而返回原来的轨道。除此之外,原子内部电子也可以自发的从高能级跃迁到低能级。转移过程中会吸收或者放出一个光子,该光子能量为两个轨道能量之差的绝对值,或者从低能级跃迁到高能级,不过这种过程处于静态平衡之中。电子跃迁分为自发跃迁和受激跃迁,这是激光产生的基本原理
原子、分子和某些半导体材料,能分别吸收和放出一定波长的光或电磁波。根据固体能带论,半导体中电子的能量状态分为价带和导带,当电子从一个带中能态E1跃迁(转移)到另一带中的能态E2时,就会发出或吸收一定频率(υ)的光。υ与能量差(ΔE=E2-E1)成正比,即
υ=ΔE/h (Hz)
此式称为玻尔条件。式中h=6.626×10-34J·s。当发光二极管工作时,在正偏下,通常半导体的空导带被通过结向其中注入的电子所占据,这些电子与价带上的空穴复合,放射出光子,这就产生了光。发射的光子能量近似为特定半导体的导带与价带之间的带隙能量。这种自然发射过程叫作自发辐射复合(图1)。显然,辐射跃迁是复合发光的基础。注入电子的复合也可能是不发光的,即非辐射复合。在非辐射复合的情况下,导带电子失去的能量可以变成多个声子,使晶体发热,这种过程称为多声子跃迁;也可以和价带空穴复合,把能量交给导带中的另一个电子,使其处于高能态,再通过热平衡过程把多余的能量交给晶格,这种过程称为俄歇复合。随着电子浓度的提高,这种过程将变得更加重要。带间跃迁时,辐射复合和非辐射复合的两种过程相互竞争。有的发光材料表现为辐射复合占优势。
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