Світлодіод - це спеціальний діод. Як і звичайні діоди, світлодіоди складаються з напівпровідникових мікросхем. Ці напівпровідникові матеріали попередньо імплантовані або леговані для отримання p- і n-структур.
Як і в інших діодах, струм у світлодіоді може легко протікати від p-полюса (анода) до n-полюса (катода), але не в протилежному напрямку. Два різних носія: дірки та електрони течуть від електродів до p- та n-структур під різними електродними напругами. Коли дірки та електрони зустрічаються та рекомбінуються, електрони падають на нижчий енергетичний рівень і вивільняють енергію у формі фотонів (фотони - це те, що ми часто називаємо світлом).
Довжина хвилі (колір) світла, яке він випромінює, визначається шириною забороненої зони напівпровідникових матеріалів, які складають p- і n-структури.
Оскільки кремній і германій є матеріалами з непрямою забороненою зоною, при кімнатній температурі рекомбінація електронів і дірок у цих матеріалах є безвипромінювальним переходом. Такі переходи не вивільняють фотони, а перетворюють енергію в теплову. Тому кремнієві та германієві діоди не можуть випромінювати світло (вони будуть випромінювати світло при дуже низьких конкретних температурах, які повинні бути виявлені під спеціальним кутом, і яскравість світла неочевидна).
Усі матеріали, що використовуються у світловипромінювальних діодах, є матеріалами з прямою забороненою зоною, тому енергія виділяється у формі фотонів. Ці енергії заборонених зон відповідають енергії світла в ближньому інфрачервоному, видимому або ближньому ультрафіолетовому діапазонах.
Ця модель імітує світлодіод, який випромінює світло в інфрачервоній частині електромагнітного спектру.
На ранніх стадіях розробки світловипромінювальні діоди, що використовують арсенід галію (GaAs), могли випромінювати лише інфрачервоне або червоне світло. З розвитком матеріалознавства нещодавно розроблені світловипромінювальні діоди можуть випромінювати світлові хвилі все вищих і вищих частот. Сьогодні можна виготовляти світлодіоди різних кольорів.
Діоди, як правило, побудовані на підкладці N-типу, з шаром напівпровідника P-типу, нанесеним на її поверхню та з’єднаним разом з електродами. Підкладки Р-типу менш поширені, але також використовуються. Багато комерційних світлодіодів, особливо GaN/InGaN, також використовують сапфірові підкладки.
Більшість матеріалів, які використовуються для виготовлення світлодіодів, мають дуже високі показники заломлення. Це означає, що більша частина світлових хвиль відбивається назад у матеріал на межі розділу з повітрям. Тому виділення світлових хвиль є важливою темою для світлодіодів, і багато досліджень і розробок зосереджено на цій темі.
Основною відмінністю світлодіодів (світлодіодів) від звичайних діодів є їхні матеріали та структура, що призводить до суттєвих відмінностей у їх ефективності перетворення електричної енергії в світлову. Ось кілька ключових моментів, які пояснюють, чому світлодіоди можуть випромінювати світло, а звичайні діоди ні:
Різні матеріали:У світлодіодах використовуються напівпровідникові матеріали III-V, такі як арсенід галію (GaAs), фосфід галію (GaP), нітрид галію (GaN) тощо. Ці матеріали мають пряму заборонену зону, що дозволяє електронам безпосередньо стрибати та випускати фотони (світло). У звичайних діодах зазвичай використовується кремній або германій, які мають непряму заборонену зону, і стрибок електрона в основному відбувається у формі виділення теплової енергії, а не світла.
Різна структура:Структура світлодіодів розроблена для оптимізації генерації та випромінювання світла. Світлодіоди зазвичай додають спеціальні легуючі добавки та шарові структури на pn-переході для сприяння генерації та вивільненню фотонів. Звичайні діоди призначені для оптимізації функції випрямлення струму і не фокусуються на генерації світла.
Енергетична заборонена зона:Матеріал світлодіода має велику ширину забороненої зони, що означає, що енергія, вивільнена електронами під час переходу, є достатньо високою, щоб з’явитися у формі світла. Енергія забороненої зони матеріалу звичайних діодів невелика, і електрони в основному виділяються у вигляді тепла під час переходу.
Механізм світіння:Коли pn-перехід світлодіода знаходиться під прямим зміщенням, електрони рухаються з області n до області p, рекомбінуються з дірками та вивільняють енергію у формі фотонів для генерування світла. У звичайних діодах рекомбінація електронів і дірок відбувається переважно у вигляді безвипромінювальної рекомбінації, тобто енергія виділяється у вигляді тепла.
Ці відмінності дозволяють світлодіодам випромінювати світло під час роботи, а звичайним діодам – ні.
Ця стаття взята з Інтернету, і авторські права належать оригінальному автору
Час публікації: 01 серпня 2024 р