Dioda emițătoare de lumină este o diodă specială. Ca și diodele obișnuite, diodele emițătoare de lumină sunt compuse din cipuri semiconductoare. Aceste materiale semiconductoare sunt preimplantate sau dopate pentru a produce structuri p și n.
Ca și alte diode, curentul din dioda emițătoare de lumină poate curge cu ușurință de la polul p (anod) la polul n (catod), dar nu în direcția opusă. Doi purtători diferiți: găurile și electronii curg de la electrozi la structurile p și n sub tensiuni diferite ale electrodului. Când găurile și electronii se întâlnesc și se recombină, electronii cad la un nivel de energie mai scăzut și eliberează energie sub formă de fotoni (fotonii sunt ceea ce numim adesea lumină).
Lungimea de undă (culoarea) luminii pe care o emite este determinată de energia bandgap a materialelor semiconductoare care alcătuiesc structurile p și n.
Deoarece siliciul și germaniul sunt materiale bandgap indirecte, la temperatura camerei, recombinarea electronilor și a găurilor în aceste materiale este o tranziție non-radiativă. Astfel de tranziții nu eliberează fotoni, ci transformă energia în energie termică. Prin urmare, diodele de siliciu și germaniu nu pot emite lumină (vor emite lumină la temperaturi specifice foarte scăzute, care trebuie detectate la un unghi special, iar luminozitatea luminii nu este evidentă).
Materialele utilizate în diodele emițătoare de lumină sunt toate materiale cu bandgap directe, astfel încât energia este eliberată sub formă de fotoni. Aceste energii de bandă interzise corespund energiei luminii din benzile apropiate de infraroșu, vizibile sau aproape ultraviolete.
Acest model simulează un LED care emite lumină în partea infraroșie a spectrului electromagnetic.
În primele etape de dezvoltare, diodele emițătoare de lumină care foloseau arseniura de galiu (GaAs) puteau emite doar lumină infraroșie sau roșie. Odată cu progresul științei materialelor, diodele emițătoare de lumină nou dezvoltate pot emite unde luminoase cu frecvențe din ce în ce mai mari. Astăzi, pot fi fabricate diode emițătoare de lumină de diferite culori.
Diodele sunt de obicei construite pe un substrat de tip N, cu un strat de semiconductor de tip P depus pe suprafața sa și conectat împreună cu electrozi. Substraturile de tip P sunt mai puțin frecvente, dar sunt și folosite. Multe diode emițătoare de lumină comerciale, în special GaN/InGaN, folosesc și substraturi de safir.
Majoritatea materialelor folosite la fabricarea LED-urilor au indici de refracție foarte mari. Aceasta înseamnă că majoritatea undelor de lumină sunt reflectate înapoi în material la interfața cu aerul. Prin urmare, extracția undelor luminoase este un subiect important pentru LED-uri și o mulțime de cercetare și dezvoltare se concentrează pe acest subiect.
Principala diferență dintre LED-uri (diode emițătoare de lumină) și diodele obișnuite este materialele și structura lor, ceea ce duce la diferențe semnificative în eficiența lor în transformarea energiei electrice în energie luminoasă. Iată câteva puncte cheie pentru a explica de ce LED-urile pot emite lumină, iar diodele obișnuite nu:
Materiale diferite:LED-urile folosesc materiale semiconductoare III-V, cum ar fi arseniura de galiu (GaAs), fosfura de galiu (GaP), nitrura de galiu (GaN), etc. Aceste materiale au un bandgap direct, permițând electronilor să sară direct și să elibereze fotoni (lumină). Diodele obișnuite folosesc de obicei siliciu sau germaniu, care au o bandă interzisă indirectă, iar saltul de electroni are loc în principal sub formă de eliberare de energie termică, mai degrabă decât sub formă de lumină.
Structura diferita:Structura LED-urilor este concepută pentru a optimiza generarea și emisia de lumină. LED-urile adaugă de obicei dopanți specifici și structuri de straturi la joncțiunea pn pentru a promova generarea și eliberarea fotonilor. Diodele obișnuite sunt proiectate pentru a optimiza funcția de redresare a curentului și nu se concentrează pe generarea de lumină.
Bandgap de energie:Materialul LED-ului are o energie bandgap mare, ceea ce înseamnă că energia eliberată de electroni în timpul tranziției este suficient de mare pentru a apărea sub formă de lumină. Energia materialului bandgap a diodelor obișnuite este mică, iar electronii sunt eliberați în principal sub formă de căldură atunci când fac tranziție.
Mecanism de luminescență:Când joncțiunea pn a LED-ului este sub polarizare directă, electronii se deplasează din regiunea n în regiunea p, se recombină cu găuri și eliberează energie sub formă de fotoni pentru a genera lumină. În diodele obișnuite, recombinarea electronilor și a găurilor are loc în principal sub formă de recombinare neradiativă, adică energia este eliberată sub formă de căldură.
Aceste diferențe permit LED-urilor să emită lumină atunci când lucrează, în timp ce diodele obișnuite nu pot.
Acest articol vine de pe Internet și drepturile de autor aparțin autorului original
Ora postării: 01-aug-2024