Světelná dioda je speciální dioda. Stejně jako běžné diody jsou i světelné diody složeny z polovodičových čipů. Tyto polovodičové materiály jsou předem implantovány nebo dopovány, aby vytvořily struktury p a n.
Stejně jako ostatní diody může proud ve světelné diodě snadno téci z p pólu (anoda) k n pólu (katodě), ale ne v opačném směru. Dva různé nosiče: díry a elektrony proudí z elektrod do struktur p a n pod různými elektrodovými napětími. Když se díry a elektrony setkají a rekombinují, elektrony spadnou na nižší energetickou hladinu a uvolní energii ve formě fotonů (fotony jsou to, co často nazýváme světlo).
Vlnová délka (barva) světla, které vyzařuje, je určena energií bandgap polovodičových materiálů, které tvoří struktury p a n.
Vzhledem k tomu, že křemík a germanium jsou nepřímé materiály s mezerou v pásmu, při pokojové teplotě je rekombinace elektronů a děr v těchto materiálech nezářivým přechodem. Takové přechody neuvolňují fotony, ale přeměňují energii na tepelnou energii. Křemíkové a germaniové diody proto nemohou vyzařovat světlo (budou vydávat světlo při velmi nízkých specifických teplotách, které je nutné detekovat pod zvláštním úhlem a jas světla není zřejmý).
Materiály používané v diodách vyzařujících světlo jsou všechny materiály s přímým bandgapem, takže energie se uvolňuje ve formě fotonů. Tyto zakázané energie pásem odpovídají světelné energii v pásmech blízkého infračerveného, viditelného nebo blízkého ultrafialového záření.
Tento model simuluje LED, která vyzařuje světlo v infračervené části elektromagnetického spektra.
V raných fázích vývoje mohly světelné diody využívající arsenid galia (GaAs) vyzařovat pouze infračervené nebo červené světlo. S pokrokem vědy o materiálech mohou nově vyvinuté světelné diody emitovat světelné vlny s vyššími a vyššími frekvencemi. Dnes se dají vyrobit světelné diody různých barev.
Diody jsou obvykle konstruovány na substrátu typu N, na jehož povrchu je nanesena vrstva polovodiče typu P a spojena dohromady elektrodami. Méně běžné jsou substráty typu P, ale také se používají. Mnoho komerčních světelných diod, zejména GaN/InGaN, také používá safírové substráty.
Většina materiálů používaných k výrobě LED diod má velmi vysoké indexy lomu. To znamená, že většina světelných vln se odráží zpět do materiálu na rozhraní se vzduchem. Proto je extrakce světelných vln pro LED důležitým tématem a na toto téma se zaměřuje spousta výzkumu a vývoje.
Hlavním rozdílem mezi LED (light emitting diodes) a běžnými diodami je jejich materiál a struktura, což vede k výrazným rozdílům v jejich účinnosti při přeměně elektrické energie na světelnou energii. Zde je několik klíčových bodů vysvětlujících, proč mohou LED vyzařovat světlo a běžné diody nikoli:
Různé materiály:LED diody využívají polovodičové materiály III-V, jako je arsenid galia (GaAs), fosfid galia (GaP), nitrid galia (GaN) atd. Tyto materiály mají přímou bandgap, což umožňuje elektronům přímo přeskakovat a uvolňovat fotony (světlo). Obyčejné diody obvykle používají křemík nebo germanium, které mají nepřímý bandgap, a skok elektronů se vyskytuje hlavně ve formě uvolňování tepelné energie, spíše než světla.
Jiná struktura:Struktura LED je navržena tak, aby optimalizovala tvorbu a vyzařování světla. LED diody obvykle přidávají specifické dopanty a vrstvové struktury na pn přechodu, aby se podpořilo generování a uvolňování fotonů. Běžné diody jsou navrženy tak, aby optimalizovaly funkci usměrnění proudu a nezaměřovaly se na generování světla.
Energetické pásmo:Materiál LED má velkou energii bandgap, což znamená, že energie uvolněná elektrony během přechodu je dostatečně vysoká, aby se objevila ve formě světla. Energie materiálu bandgap běžných diod je malá a elektrony se při přechodu uvolňují hlavně ve formě tepla.
Luminiscenční mechanismus:Když je pn přechod LED pod dopředným předpětím, elektrony se pohybují z oblasti n do oblasti p, rekombinují se s dírami a uvolňují energii ve formě fotonů, aby generovaly světlo. V běžných diodách probíhá rekombinace elektronů a děr převážně ve formě neradiační rekombinace, to znamená, že se energie uvolňuje ve formě tepla.
Tyto rozdíly umožňují LED při práci vydávat světlo, zatímco běžné diody ne.
Tento článek pochází z internetu a autorská práva patří původnímu autorovi
Čas odeslání: srpen-01-2024