Svetleča dioda je posebna dioda. Tako kot navadne diode so tudi svetleče diode sestavljene iz polprevodniških čipov. Ti polprevodniški materiali so vnaprej implantirani ali dopirani za proizvodnjo p in n struktur.
Tako kot druge diode lahko tok v svetleči diodi zlahka teče od p pola (anoda) do n pola (katoda), vendar ne v nasprotni smeri. Dva različna nosilca: luknje in elektroni tečeta od elektrod do p in n struktur pod različnimi elektrodnimi napetostmi. Ko se luknje in elektroni srečajo in ponovno združijo, elektroni padejo na nižjo energijsko raven in sprostijo energijo v obliki fotonov (fotoni so tisto, kar pogosto imenujemo svetloba).
Valovna dolžina (barva) svetlobe, ki jo oddaja, je določena z energijo med pasovnimi razmiki polprevodniških materialov, ki sestavljajo strukturi p in n.
Ker sta silicij in germanij materiala s posredno pasovno vrzeljo, je pri sobni temperaturi rekombinacija elektronov in lukenj v teh materialih prehod brez sevanja. Pri takih prehodih se ne sproščajo fotoni, temveč se energija pretvarja v toplotno energijo. Zato silicijeve in germanijeve diode ne morejo oddajati svetlobe (svetlobo bodo oddajale pri zelo nizkih specifičnih temperaturah, ki jih je treba zaznati pod posebnim kotom, svetlost svetlobe pa ni očitna).
Vsi materiali, ki se uporabljajo v svetlečih diodah, so materiali z neposrednim pasovnim razmakom, zato se energija sprosti v obliki fotonov. Te energije prepovedanega pasu ustrezajo svetlobni energiji v bližnjem infrardečem, vidnem ali bližnjem ultravijoličnem pasu.
Ta model simulira LED, ki oddaja svetlobo v infrardečem delu elektromagnetnega spektra.
V zgodnjih fazah razvoja so lahko svetleče diode, ki uporabljajo galijev arzenid (GaAs), oddajale le infrardečo ali rdečo svetlobo. Z napredkom znanosti o materialih lahko na novo razvite svetleče diode oddajajo svetlobne valove z vedno višjimi frekvencami. Danes je mogoče izdelati svetleče diode različnih barv.
Diode so običajno zgrajene na substratu N-tipa, s plastjo polprevodnika P-tipa, nanesenega na njegovo površino in povezanega skupaj z elektrodami. Substrati tipa P so manj pogosti, vendar se tudi uporabljajo. Veliko komercialnih svetlečih diod, zlasti GaN/InGaN, uporablja tudi safirne substrate.
Večina materialov, ki se uporabljajo za izdelavo LED, ima zelo visoke lomne količnike. To pomeni, da se večina svetlobnih valov odbije nazaj v material na meji z zrakom. Zato je ekstrakcija svetlobnih valov pomembna tema za LED, veliko raziskav in razvoja pa je osredotočenih na to temo.
Glavna razlika med LED diodami (svetlečimi diodami) in navadnimi diodami je njihov material in struktura, kar vodi do bistvenih razlik v učinkovitosti pretvorbe električne energije v svetlobno. Tukaj je nekaj ključnih točk, ki pojasnjujejo, zakaj lahko LED diode oddajajo svetlobo, navadne diode pa ne:
Različni materiali:Svetleče diode uporabljajo polprevodniške materiale III-V, kot so galijev arzenid (GaAs), galijev fosfid (GaP), galijev nitrid (GaN) itd. Ti materiali imajo neposredno pasovno režo, kar omogoča elektronom, da neposredno skačejo in sproščajo fotone (svetlobo). Navadne diode običajno uporabljajo silicij ali germanij, ki imata posreden pasovni razmik, preskok elektronov pa se pojavi predvsem v obliki sproščanja toplotne energije, ne pa svetlobe.
Drugačna struktura:Struktura LED je zasnovana tako, da optimizira ustvarjanje in oddajanje svetlobe. Svetleče diode običajno dodajo specifične dopante in plastne strukture na pn spoju za spodbujanje generiranja in sproščanja fotonov. Navadne diode so zasnovane tako, da optimizirajo funkcijo usmerjanja toka in se ne osredotočajo na ustvarjanje svetlobe.
Energijska pasovna vrzel:Material LED ima velik pasovni razmik, kar pomeni, da je energija, ki jo med prehodom sprostijo elektroni, dovolj visoka, da se pojavi v obliki svetlobe. Energija materialnega pasovnega razmika navadnih diod je majhna in elektroni se pri prehodu v glavnem sprostijo v obliki toplote.
Mehanizem luminiscence:Ko je pn spoj LED diode pod prednapetostjo, se elektroni premaknejo iz območja n v območje p, se rekombinirajo z luknjami in sprostijo energijo v obliki fotonov, da ustvarijo svetlobo. Pri navadnih diodah poteka rekombinacija elektronov in lukenj predvsem v obliki brezsevalne rekombinacije, to pomeni, da se energija sprošča v obliki toplote.
Te razlike omogočajo, da LED diode med delovanjem oddajajo svetlobo, navadne diode pa ne.
Ta članek izvira iz interneta in avtorske pravice pripadajo izvirnemu avtorju
Čas objave: 1. avgusta 2024