Svjetleća dioda je posebna dioda. Kao i obične diode, diode koje emitiraju svjetlost sastoje se od poluvodičkih čipova. Ovi poluvodički materijali su unaprijed implantirani ili dopirani za proizvodnju p i n struktura.
Kao i kod drugih dioda, struja u diodi koja emitira svjetlo može lako teći od p pola (anode) do n pola (katode), ali ne u suprotnom smjeru. Dva različita nositelja: šupljine i elektroni teku od elektroda do p i n struktura pod različitim naponima elektroda. Kada se šupljine i elektroni susretnu i rekombiniraju, elektroni padaju na nižu energetsku razinu i oslobađaju energiju u obliku fotona (fotoni su ono što često nazivamo svjetlošću).
Valna duljina (boja) svjetlosti koju emitira određena je energijom zabranjenog pojasa poluvodičkih materijala koji čine p i n strukture.
Budući da su silicij i germanij materijali s neizravnim razmakom pojasa, na sobnoj temperaturi, rekombinacija elektrona i šupljina u tim materijalima je neradijacijski prijelaz. Takvi prijelazi ne oslobađaju fotone, već pretvaraju energiju u toplinsku energiju. Stoga silicijske i germanijske diode ne mogu emitirati svjetlost (emitiraju svjetlost pri vrlo niskim specifičnim temperaturama, koje se moraju detektirati pod posebnim kutom, a svjetlina svjetlosti nije očita).
Materijali koji se koriste u diodama koje emitiraju svjetlost su svi materijali s izravnim razmakom pojasa, tako da se energija oslobađa u obliku fotona. Ove energije zabranjenog pojasa odgovaraju svjetlosnoj energiji u bliskom infracrvenom, vidljivom ili blizu ultraljubičastom pojasu.
Ovaj model simulira LED diodu koja emitira svjetlost u infracrvenom dijelu elektromagnetskog spektra.
U ranim fazama razvoja, svjetlosne diode koje koriste galijev arsenid (GaAs) mogle su emitirati samo infracrveno ili crveno svjetlo. S napretkom znanosti o materijalima, novorazvijene svjetleće diode mogu emitirati svjetlosne valove sve viših frekvencija. Danas se mogu izraditi svjetleće diode raznih boja.
Diode su obično konstruirane na supstratu N-tipa, sa slojem poluvodiča P-tipa nanesenog na njegovu površinu i spojenog zajedno s elektrodama. Supstrati tipa P su rjeđi, ali se također koriste. Mnoge komercijalne svjetleće diode, posebno GaN/InGaN, također koriste safirne podloge.
Većina materijala koji se koriste za izradu LED ima vrlo visoke indekse loma. To znači da se većina svjetlosnih valova reflektira natrag u materijal na granici sa zrakom. Stoga je ekstrakcija svjetlosnih valova važna tema za LED diode, a puno je istraživanja i razvoja usmjereno na ovu temu.
Glavna razlika između LED (svjetlećih dioda) i običnih dioda je njihov materijal i struktura, što dovodi do značajnih razlika u njihovoj učinkovitosti u pretvaranju električne energije u svjetlosnu. Evo nekoliko ključnih točaka koje objašnjavaju zašto LED diode mogu emitirati svjetlost, a obične diode ne mogu:
Različiti materijali:LED diode koriste III-V poluvodičke materijale kao što su galijev arsenid (GaAs), galijev fosfid (GaP), galijev nitrid (GaN), itd. Ovi materijali imaju izravni razmak između pojaseva, što omogućuje elektronima da izravno skaču i oslobađaju fotone (svjetlost). Obične diode obično koriste silicij ili germanij, koji imaju neizravni propusni pojas, a skok elektrona se uglavnom događa u obliku oslobađanja toplinske energije, a ne svjetlosti.
Drugačija struktura:Struktura LED dioda dizajnirana je za optimizaciju stvaranja i emisije svjetla. LED diode obično dodaju posebne dodatke i strukture slojeva na pn spoju kako bi pospješile stvaranje i oslobađanje fotona. Obične diode dizajnirane su za optimizaciju funkcije ispravljanja struje i ne fokusiraju se na stvaranje svjetla.
Energetski razmak između pojaseva:Materijal LED-a ima veliku energiju razmaka pojasa, što znači da je energija koju oslobađaju elektroni tijekom prijelaza dovoljno visoka da se pojavi u obliku svjetlosti. Energija razmaka između običnih dioda je mala, a elektroni se uglavnom oslobađaju u obliku topline kada prelaze.
Mehanizam luminiscencije:Kada je pn spoj LED-a pod prednaponom, elektroni se kreću iz područja n u područje p, rekombiniraju se s rupama i oslobađaju energiju u obliku fotona za generiranje svjetlosti. U običnim diodama rekombinacija elektrona i šupljina je uglavnom u obliku neradijacijske rekombinacije, odnosno energija se oslobađa u obliku topline.
Ove razlike omogućuju LED diodama da emitiraju svjetlost pri radu, dok obične diode ne mogu.
Ovaj članak dolazi s interneta i autorska prava pripadaju izvornom autoru
Vrijeme objave: 1. kolovoza 2024