Dioda elektroluminescencyjna jest diodą specjalną. Podobnie jak zwykłe diody, diody elektroluminescencyjne składają się z chipów półprzewodnikowych. Te materiały półprzewodnikowe są wstępnie wszczepiane lub domieszkowane w celu wytworzenia struktur p i n.
Podobnie jak w przypadku innych diod, prąd w diodzie elektroluminescencyjnej może z łatwością przepływać od bieguna p (anoda) do bieguna n (katoda), ale nie w przeciwnym kierunku. Dwa różne nośniki: dziury i elektrony przepływają z elektrod do struktur p i n przy różnych napięciach elektrod. Kiedy dziury i elektrony spotykają się i ponownie łączą, elektrony spadają na niższy poziom energii i uwalniają energię w postaci fotonów (fotony są tym, co często nazywamy światłem).
Długość fali (kolor) emitowanego przez nią światła zależy od energii pasma wzbronionego materiałów półprzewodnikowych tworzących struktury p i n.
Ponieważ krzem i german są pośrednimi materiałami pasma wzbronionego, w temperaturze pokojowej rekombinacja elektronów i dziur w tych materiałach jest przejściem niepromienistym. Takie przejścia nie uwalniają fotonów, ale przekształcają energię w energię cieplną. Dlatego diody krzemowe i germanowe nie mogą emitować światła (będą emitować światło w bardzo niskich temperaturach właściwych, które należy wykryć pod specjalnym kątem, a jasność światła nie jest oczywista).
Wszystkie materiały stosowane w diodach elektroluminescencyjnych są materiałami o bezpośrednim pasmie wzbronionym, więc energia jest uwalniana w postaci fotonów. Te zabronione energie pasm odpowiadają energii świetlnej w pasmach bliskiej podczerwieni, światła widzialnego lub bliskiego ultrafioletu.
Model ten symuluje diodę LED emitującą światło w podczerwonej części widma elektromagnetycznego.
Na wczesnych etapach rozwoju diody elektroluminescencyjne wykorzystujące arsenek galu (GaAs) mogły emitować jedynie światło podczerwone lub czerwone. Wraz z postępem inżynierii materiałowej nowo opracowane diody elektroluminescencyjne mogą emitować fale świetlne o coraz wyższych częstotliwościach. Obecnie można wytwarzać diody elektroluminescencyjne o różnych kolorach.
Diody są zwykle konstruowane na podłożu typu N, z warstwą półprzewodnika typu P nałożoną na jej powierzchnię i połączoną elektrodami. Podłoża typu P są mniej powszechne, ale są również stosowane. Wiele dostępnych na rynku diod elektroluminescencyjnych, zwłaszcza GaN/InGaN, również wykorzystuje podłoża szafirowe.
Większość materiałów używanych do produkcji diod LED ma bardzo wysokie współczynniki załamania światła. Oznacza to, że większość fal świetlnych odbija się z powrotem do materiału na styku z powietrzem. Dlatego ekstrakcja fal świetlnych jest ważnym tematem w przypadku diod LED i na tym temacie koncentruje się wiele badań i rozwoju.
Główną różnicą między diodami LED (diodami elektroluminescencyjnymi) a zwykłymi diodami jest ich materiał i budowa, co prowadzi do znacznych różnic w ich wydajności w przetwarzaniu energii elektrycznej na energię świetlną. Oto kilka kluczowych punktów wyjaśniających, dlaczego diody LED mogą emitować światło, a zwykłe diody nie:
Różne materiały:W diodach LED zastosowano materiały półprzewodnikowe III-V, takie jak arsenek galu (GaAs), fosforek galu (GaP), azotek galu (GaN) itp. Materiały te mają bezpośrednie pasmo wzbronione, umożliwiające elektronom bezpośrednie przeskakiwanie i uwalnianie fotonów (światła). Zwykłe diody zwykle wykorzystują krzem lub german, które mają pośrednie pasmo wzbronione, a przeskok elektronów następuje głównie w postaci uwalniania energii cieplnej, a nie światła.
Inna struktura:Konstrukcja diod LED została zaprojektowana tak, aby optymalizować wytwarzanie i emisję światła. Diody LED zwykle dodają określone domieszki i struktury warstwowe na złączu pn, aby promować generowanie i uwalnianie fotonów. Zwykłe diody mają na celu optymalizację funkcji prostowania prądu i nie skupiają się na generowaniu światła.
Pasmo wzbronione energii:Materiał diody LED ma dużą energię pasma wzbronionego, co oznacza, że energia uwalniana przez elektrony podczas przejścia jest wystarczająco wysoka, aby pojawić się w postaci światła. Energia materiału pasma wzbronionego zwykłych diod jest niewielka, a elektrony są uwalniane głównie w postaci ciepła podczas przejścia.
Mechanizm luminescencji:Kiedy złącze pn diody LED znajduje się pod wpływem polaryzacji w kierunku przewodzenia, elektrony przemieszczają się z obszaru n do obszaru p, łączą się ponownie z dziurami i uwalniają energię w postaci fotonów, aby wygenerować światło. W zwykłych diodach rekombinacja elektronów i dziur odbywa się głównie w formie rekombinacji niepromienistej, to znaczy energia jest uwalniana w postaci ciepła.
Różnice te pozwalają diodom LED emitować światło podczas pracy, podczas gdy zwykłe diody nie mogą.
Artykuł pochodzi z Internetu i prawa autorskie należą do pierwotnego autora
Czas publikacji: 01 sierpnia 2024 r