Lysdiode er en spesiell diode. Som vanlige dioder er lysemitterende dioder sammensatt av halvlederbrikker. Disse halvledermaterialene er pre-implantert eller dopet for å produsere p- og n-strukturer.
Som andre dioder kan strømmen i lysdioden lett gå fra p-polen (anode) til n-polen (katoden), men ikke i motsatt retning. To forskjellige bærere: hull og elektroner strømmer fra elektrodene til p- og n-strukturene under forskjellige elektrodespenninger. Når hull og elektroner møtes og rekombinerer, faller elektronene til et lavere energinivå og frigjør energi i form av fotoner (fotoner er det vi ofte kaller lys).
Bølgelengden (fargen) til lyset den sender ut bestemmes av båndgap-energien til halvledermaterialene som utgjør p- og n-strukturene.
Siden silisium og germanium er indirekte båndgap-materialer, ved romtemperatur, er rekombinasjonen av elektroner og hull i disse materialene en ikke-strålingsovergang. Slike overganger frigjør ikke fotoner, men omdanner energi til varmeenergi. Derfor kan ikke silisium- og germaniumdioder avgi lys (de vil avgi lys ved svært lave spesifikke temperaturer, som må oppdages i en spesiell vinkel, og lysstyrken på lyset er ikke åpenbar).
Materialene som brukes i lysemitterende dioder er alle direkte båndgap materialer, så energien frigjøres i form av fotoner. Disse forbudte båndenergiene tilsvarer lysenergien i de nær-infrarøde, synlige eller nær-ultrafiolette båndene.
Denne modellen simulerer en LED som sender ut lys i den infrarøde delen av det elektromagnetiske spekteret.
I de tidlige utviklingsstadiene kunne lysemitterende dioder som bruker galliumarsenid (GaAs) bare sende ut infrarødt eller rødt lys. Med fremgangen innen materialvitenskap kan nyutviklede lysdioder sende ut lysbølger med høyere og høyere frekvenser. I dag kan lysemitterende dioder i ulike farger lages.
Dioder er vanligvis konstruert på et N-type substrat, med et lag av P-type halvleder avsatt på overflaten og koblet sammen med elektroder. P-type underlag er mindre vanlige, men brukes også. Mange kommersielle lysemitterende dioder, spesielt GaN/InGaN, bruker også safirsubstrater.
De fleste materialer som brukes til å lage lysdioder har svært høye brytningsindekser. Dette betyr at de fleste lysbølgene reflekteres tilbake til materialet i grensesnittet med luften. Derfor er lysbølgeutvinning et viktig tema for LED, og mye forskning og utvikling er fokusert på dette temaet.
Hovedforskjellen mellom LED (lysemitterende dioder) og vanlige dioder er deres materialer og struktur, noe som fører til betydelige forskjeller i effektiviteten når det gjelder å konvertere elektrisk energi til lysenergi. Her er noen hovedpunkter for å forklare hvorfor lysdioder kan sende ut lys og vanlige dioder ikke:
Ulike materialer:LED-er bruker III-V-halvledermaterialer som galliumarsenid (GaAs), galliumfosfid (GaP), galliumnitrid (GaN), etc. Disse materialene har et direkte båndgap, slik at elektroner kan hoppe direkte og frigjøre fotoner (lys). Vanlige dioder bruker vanligvis silisium eller germanium, som har et indirekte båndgap, og elektronhoppet skjer hovedsakelig i form av varmeenergifrigjøring, snarere enn lys.
Ulik struktur:Strukturen til LED er designet for å optimalisere lysgenerering og emisjon. LED-er legger vanligvis til spesifikke dopanter og lagstrukturer ved pn-krysset for å fremme generering og frigjøring av fotoner. Vanlige dioder er designet for å optimere likerettingsfunksjonen til strøm og fokuserer ikke på generering av lys.
Energibåndgap:Materialet til LED-en har en stor båndgap-energi, som betyr at energien som frigjøres av elektronene under overgangen er høy nok til å vises i form av lys. Den materielle båndgapenergien til vanlige dioder er liten, og elektronene frigjøres hovedsakelig i form av varme når de går i overgang.
Luminescensmekanisme:Når pn-krysset til LED-en er under forspenning, beveger elektroner seg fra n-regionen til p-regionen, rekombinerer med hull og frigjør energi i form av fotoner for å generere lys. I vanlige dioder er rekombinasjonen av elektroner og hull hovedsakelig i form av ikke-strålende rekombinasjon, det vil si at energien frigjøres i form av varme.
Disse forskjellene gjør at LED kan sende ut lys når de jobber, mens vanlige dioder ikke kan.
Denne artikkelen kommer fra Internett og opphavsretten tilhører den opprinnelige forfatteren
Innleggstid: Aug-01-2024