Светодиодът е специален диод. Подобно на обикновените диоди, диодите, излъчващи светлина, са съставени от полупроводникови чипове. Тези полупроводникови материали са предварително имплантирани или легирани, за да произведат p и n структури.
Подобно на други диоди, токът в диода, излъчващ светлина, може лесно да тече от p полюса (анод) към n полюс (катод), но не и в обратната посока. Два различни носителя: дупки и електрони протичат от електродите към p и n структурите при различни електродни напрежения. Когато дупки и електрони се срещнат и рекомбинират, електроните падат на по-ниско енергийно ниво и освобождават енергия под формата на фотони (фотоните са това, което често наричаме светлина).
Дължината на вълната (цветът) на светлината, която излъчва, се определя от енергията на забранената лента на полупроводниковите материали, които изграждат p и n структурите.
Тъй като силицийът и германият са материали с индиректна забранена лента, при стайна температура рекомбинацията на електрони и дупки в тези материали е нерадиационен преход. Такива преходи не освобождават фотони, а преобразуват енергията в топлинна енергия. Следователно силициевите и германиевите диоди не могат да излъчват светлина (те ще излъчват светлина при много ниски специфични температури, които трябва да бъдат открити под специален ъгъл и яркостта на светлината не е очевидна).
Материалите, използвани в диодите, излъчващи светлина, са материали с директна ширина на лентата, така че енергията се освобождава под формата на фотони. Тези енергии на забранената зона съответстват на светлинната енергия в близките инфрачервени, видими или почти ултравиолетови ленти.
Този модел симулира светодиод, който излъчва светлина в инфрачервената част на електромагнитния спектър.
В ранните етапи на развитие, диодите, излъчващи светлина, използващи галиев арсенид (GaAs), можеха да излъчват само инфрачервена или червена светлина. С напредването на науката за материалите новоразработените светодиоди могат да излъчват светлинни вълни с все по-високи и по-високи честоти. Днес могат да се произвеждат светодиоди с различни цветове.
Диодите обикновено се изграждат върху N-тип субстрат, със слой от P-тип полупроводник, нанесен върху неговата повърхност и свързан заедно с електроди. Подложките тип P са по-рядко срещани, но също се използват. Много търговски диоди, излъчващи светлина, особено GaN/InGaN, също използват сапфирени субстрати.
Повечето материали, използвани за производството на светодиоди, имат много висок индекс на пречупване. Това означава, че по-голямата част от светлинните вълни се отразяват обратно в материала на границата с въздуха. Следователно извличането на светлинни вълни е важна тема за светодиодите и много изследвания и разработки са фокусирани върху тази тема.
Основната разлика между светодиодите (светодиоди) и обикновените диоди са техните материали и структура, което води до значителни разлики в тяхната ефективност при преобразуване на електрическа енергия в светлинна. Ето някои ключови моменти, които обясняват защо светодиодите могат да излъчват светлина, а обикновените диоди не могат:
Различни материали:Светодиодите използват III-V полупроводникови материали като галиев арсенид (GaAs), галиев фосфид (GaP), галиев нитрид (GaN) и др. Тези материали имат директна забранена лента, позволяваща на електроните директно да скачат и да освобождават фотони (светлина). Обикновените диоди обикновено използват силиций или германий, които имат индиректна ширина на лентата и прескачането на електрони се случва главно под формата на освобождаване на топлинна енергия, а не на светлина.
Различна структура:Структурата на светодиодите е проектирана да оптимизира генерирането и излъчването на светлина. Светодиодите обикновено добавят специфични добавки и слоести структури в pn прехода, за да насърчат генерирането и освобождаването на фотони. Обикновените диоди са предназначени да оптимизират функцията за коригиране на тока и не се фокусират върху генерирането на светлина.
Енергийна ширина на лентата:Материалът на светодиода има голяма забранена енергия, което означава, че енергията, освободена от електроните по време на прехода, е достатъчно висока, за да се появи под формата на светлина. Енергията на забранената лента на материала на обикновените диоди е малка и електроните се освобождават главно под формата на топлина, когато преминават.
Механизъм на луминесценция:Когато pn преходът на светодиода е под преднагласа, електроните се преместват от областта n към областта p, рекомбинират се с дупки и освобождават енергия под формата на фотони, за да генерират светлина. В обикновените диоди рекомбинацията на електрони и дупки е главно под формата на нерадиационна рекомбинация, тоест енергията се освобождава под формата на топлина.
Тези разлики позволяват на светодиодите да излъчват светлина при работа, докато обикновените диоди не могат.
Тази статия идва от Интернет и авторските права принадлежат на оригиналния автор
Време на публикуване: 01 август 2024 г