A fénykibocsátó dióda egy speciális dióda. A hagyományos diódákhoz hasonlóan a fénykibocsátó diódák is félvezető chipekből állnak. Ezeket a félvezető anyagokat előre beültetik vagy adalékolják p és n szerkezetek előállításához.
Más diódákhoz hasonlóan a fénykibocsátó diódában lévő áram könnyen átfolyhat a p pólusról (anód) az n pólusra (katód), de nem az ellenkező irányba. Két különböző hordozó: lyukak és elektronok áramlanak az elektródákból a p és n szerkezetekbe különböző elektródafeszültségek mellett. Amikor a lyukak és az elektronok találkoznak és rekombinálódnak, az elektronok alacsonyabb energiaszintre esnek, és fotonok formájában szabadítják fel az energiát (a fotonokat gyakran fénynek nevezzük).
Az általa kibocsátott fény hullámhosszát (színét) a p és n szerkezeteket alkotó félvezető anyagok sávszélességi energiája határozza meg.
Mivel a szilícium és a germánium közvetett sávszélességű anyagok, szobahőmérsékleten az elektronok és lyukak rekombinációja ezekben az anyagokban nem sugárzó átmenet. Az ilyen átmenetek nem szabadítanak fel fotonokat, hanem az energiát hőenergiává alakítják. Ezért a szilícium és germánium diódák nem tudnak fényt kibocsátani (nagyon alacsony fajlagos hőmérsékleten bocsátanak ki fényt, amit speciális szögben kell érzékelni, és a fény fényereje nem nyilvánvaló).
A fénykibocsátó diódákban használt anyagok mind közvetlen sávszélességű anyagok, így az energia fotonok formájában szabadul fel. Ezek a tiltott sávenergiák megfelelnek a közeli infravörös, látható vagy közeli ultraibolya sáv fényenergiájának.
Ez a modell egy LED-et szimulál, amely az elektromágneses spektrum infravörös részében bocsát ki fényt.
A fejlesztés korai szakaszában a gallium-arzenidet (GaAs) használó fénykibocsátó diódák csak infravörös vagy vörös fényt tudtak kibocsátani. Az anyagtudomány fejlődésével az újonnan kifejlesztett fénykibocsátó diódák egyre magasabb frekvenciájú fényhullámokat bocsátanak ki. Ma már különféle színű fénykibocsátó diódák készíthetők.
A diódákat általában N-típusú hordozóra építik fel, a felületére egy P-típusú félvezető réteget helyeznek, és elektródákkal kapcsolják össze. A P-típusú hordozók kevésbé elterjedtek, de használatosak is. Sok kereskedelmi forgalomban kapható fénykibocsátó dióda, különösen a GaN/InGaN, szintén zafír hordozót használ.
A LED-ek gyártásához használt legtöbb anyag nagyon magas törésmutatóval rendelkezik. Ez azt jelenti, hogy a fényhullámok nagy része a levegővel való határfelületen visszaverődik az anyagba. Ezért a fényhullám-kinyerés fontos téma a LED-ek számára, és sok kutatás és fejlesztés irányul erre a témára.
A LED-ek (fénykibocsátó diódák) és a közönséges diódák közötti fő különbség az anyagukban és a szerkezetükben rejlik, ami jelentős különbségekhez vezet az elektromos energia fényenergiává történő átalakításának hatékonyságában. Íme néhány kulcsfontosságú pont annak magyarázatára, hogy a LED-ek miért bocsátanak ki fényt, és miért nem a hagyományos diódák:
Különböző anyagok:A LED-ek III-V félvezető anyagokat használnak, mint például gallium-arzenid (GaAs), gallium-foszfid (GaP), gallium-nitrid (GaN) stb. Ezek az anyagok közvetlen sávszélességgel rendelkeznek, lehetővé téve az elektronok közvetlen ugrását és fotonok (fény) felszabadítását. A közönséges diódák általában szilíciumot vagy germániumot használnak, amelyek közvetett sávszélességgel rendelkeznek, és az elektronugrás elsősorban hőenergia-felszabadulás, nem pedig fény formájában történik.
Különböző szerkezet:A LED-ek szerkezetét úgy alakították ki, hogy optimalizálják a fénytermelést és -kibocsátást. A LED-ek általában specifikus adalékanyagokat és rétegszerkezeteket adnak a pn csomóponthoz, hogy elősegítsék a fotonok keletkezését és felszabadulását. A közönséges diódákat úgy tervezték, hogy optimalizálják az áram egyenirányító funkcióját, és nem összpontosítanak a fény előállítására.
Energia sávszélesség:A LED anyaga nagy sávszélességű energiával rendelkezik, ami azt jelenti, hogy az elektronok által az átmenet során felszabaduló energia elég nagy ahhoz, hogy fény formájában megjelenjen. A közönséges diódák anyagi sávszélességi energiája kicsi, és az elektronok főként hő formájában szabadulnak fel az átmenet során.
Lumineszcencia mechanizmus:Amikor a LED pn átmenete előretolt előfeszítés alatt van, az elektronok az n tartományból a p tartományba mozognak, újraegyesülnek lyukakkal, és energiát bocsátanak ki fotonok formájában, hogy fényt generáljanak. A közönséges diódákban az elektronok és lyukak rekombinációja főként nem sugárzásos rekombináció formájában történik, vagyis az energia hő formájában szabadul fel.
Ezek a különbségek lehetővé teszik, hogy a LED-ek fényt bocsátanak ki munka közben, míg a hagyományos diódák nem.
Ez a cikk az internetről származik, és a szerzői jogok az eredeti szerzőt illetik
Feladás időpontja: 2024-01-01