Dioda koja emituje svjetlost je posebna dioda. Kao i obične diode, diode koje emituju svjetlost se sastoje od poluvodičkih čipova. Ovi poluvodički materijali su prethodno implantirani ili dopirani za proizvodnju p i n struktura.
Kao i druge diode, struja u diodi koja emituje svjetlost može lako teći od p pola (anode) do n pola (katode), ali ne u suprotnom smjeru. Dva različita nosioca: rupe i elektroni teku od elektroda do p i n struktura pod različitim naponima elektroda. Kada se rupe i elektroni sretnu i rekombinuju, elektroni padaju na niži energetski nivo i oslobađaju energiju u obliku fotona (fotoni su ono što često nazivamo svjetlošću).
Talasna dužina (boja) svjetlosti koju emituje određena je energijom pojasnog razmaka poluvodičkih materijala koji čine p i n strukture.
Budući da su silicijum i germanijum materijali sa indirektnim razmakom pojasa, na sobnoj temperaturi, rekombinacija elektrona i rupa u ovim materijalima je neradijativna tranzicija. Takvi prijelazi ne oslobađaju fotone, već pretvaraju energiju u toplinsku energiju. Zbog toga silicijumske i germanijumske diode ne mogu emitovati svetlost (emitovaće svetlost na veoma niskim specifičnim temperaturama, koje se moraju detektovati pod posebnim uglom, a jačina svetlosti nije očigledna).
Materijali koji se koriste u diodama koje emituju svjetlost su materijali s direktnim razmakom, tako da se energija oslobađa u obliku fotona. Ove energije zabranjenog pojasa odgovaraju svjetlosnoj energiji u bliskom infracrvenom, vidljivom ili skoro ultraljubičastom pojasu.
Ovaj model simulira LED koji emituje svjetlost u infracrvenom dijelu elektromagnetnog spektra.
U ranim fazama razvoja, diode koje emituju svjetlost koje koriste galij arsenid (GaAs) mogle su emitovati samo infracrveno ili crveno svjetlo. Sa napretkom nauke o materijalima, novorazvijene diode koje emituju svjetlost mogu emitovati svjetlosne valove sve viših i viših frekvencija. Danas se mogu izraditi diode koje emituju svjetlost raznih boja.
Diode se obično konstruišu na podlozi N-tipa, sa slojem poluprovodnika tipa P koji je nanesen na njegovu površinu i spojen zajedno sa elektrodama. P-tip supstrati su manje uobičajeni, ali se također koriste. Mnoge komercijalne diode koje emituju svjetlost, posebno GaN/InGaN, također koriste safirne podloge.
Većina materijala koji se koriste za izradu LED dioda imaju vrlo visoke indekse prelamanja. To znači da se većina svetlosnih talasa reflektuje nazad u materijal na granici sa vazduhom. Stoga je ekstrakcija svjetlosnih valova važna tema za LED diode, a mnoga istraživanja i razvoj usmjereni su na ovu temu.
Glavna razlika između LED (dioda koje emituju svjetlost) i običnih dioda je njihov materijal i struktura, što dovodi do značajnih razlika u njihovoj efikasnosti u pretvaranju električne energije u svjetlosnu energiju. Evo nekoliko ključnih tačaka koje objašnjavaju zašto LED diode mogu emitovati svjetlost, a obične diode ne:
Različiti materijali:LED diode koriste III-V poluprovodničke materijale kao što su galijum arsenid (GaAs), galijum fosfid (GaP), galijum nitrid (GaN) itd. Ovi materijali imaju direktan pojas, omogućavajući elektronima da direktno skaču i oslobađaju fotone (svetlost). Obične diode obično koriste silicij ili germanij, koji imaju indirektni pojas, a skok elektrona se uglavnom događa u obliku oslobađanja toplinske energije, a ne svjetlosti.
Drugačija struktura:Struktura LED dioda je dizajnirana da optimizira stvaranje i emisiju svjetlosti. LED diode obično dodaju specifične dodatke i strukture slojeva na pn spoju kako bi promovirale generiranje i oslobađanje fotona. Obične diode su dizajnirane da optimiziraju funkciju ispravljanja struje i ne fokusiraju se na stvaranje svjetlosti.
Energetski pojas:Materijal LED diode ima veliku energiju pojasnog razmaka, što znači da je energija koju oslobađaju elektroni tokom tranzicije dovoljno visoka da se pojavi u obliku svjetlosti. Energija materijalnog pojasa običnih dioda je mala, a elektroni se uglavnom oslobađaju u obliku topline kada prelaze.
Mehanizam luminescencije:Kada je pn spoj LED diode pod prednagibom, elektroni se kreću iz n regije u p regiju, rekombinuju se s rupama i oslobađaju energiju u obliku fotona za stvaranje svjetlosti. U običnim diodama rekombinacija elektrona i rupa je uglavnom u obliku neradijativne rekombinacije, odnosno energija se oslobađa u obliku topline.
Ove razlike omogućavaju LED diodama da emituju svjetlost tokom rada, dok obične diode ne mogu.
Ovaj članak dolazi sa interneta i autorska prava pripadaju originalnom autoru
Vrijeme objave: 01.08.2024