Svetelná dióda je špeciálna dióda. Rovnako ako bežné diódy, aj diódy vyžarujúce svetlo sú zložené z polovodičových čipov. Tieto polovodičové materiály sú vopred implantované alebo dopované, aby vytvorili štruktúry p a n.
Rovnako ako ostatné diódy, prúd v dióde vyžarujúcej svetlo môže ľahko tiecť z p pólu (anóda) k n pólu (katóda), ale nie v opačnom smere. Dva rôzne nosiče: diery a elektróny prúdia z elektród do štruktúr p a n pod rôznymi elektródovými napätiami. Keď sa diery a elektróny stretnú a rekombinujú, elektróny klesnú na nižšiu energetickú hladinu a uvoľnia energiu vo forme fotónov (fotóny sú to, čo často nazývame svetlo).
Vlnová dĺžka (farba) svetla, ktoré vyžaruje, je určená energiou bandgap polovodičových materiálov, ktoré tvoria štruktúry p a n.
Pretože kremík a germánium sú nepriame materiály s medzerou v pásme, pri izbovej teplote je rekombinácia elektrónov a dier v týchto materiáloch neradiatívnym prechodom. Takéto prechody neuvoľňujú fotóny, ale premieňajú energiu na tepelnú energiu. Preto kremíkové a germániové diódy nemôžu vyžarovať svetlo (budú vyžarovať svetlo pri veľmi nízkych špecifických teplotách, ktoré musia byť detekované pod špeciálnym uhlom a jas svetla nie je zrejmý).
Materiály používané v diódach vyžarujúcich svetlo sú všetky materiály s priamym pásmovým odstupom, takže energia sa uvoľňuje vo forme fotónov. Tieto zakázané energie pásov zodpovedajú svetelnej energii v pásme blízkeho infračerveného, viditeľného alebo blízkeho ultrafialového žiarenia.
Tento model simuluje LED, ktorá vyžaruje svetlo v infračervenej časti elektromagnetického spektra.
V počiatočných štádiách vývoja mohli svetelné diódy využívajúce arzenid gália (GaAs) vyžarovať iba infračervené alebo červené svetlo. S pokrokom vedy o materiáloch môžu novo vyvinuté diódy vyžarujúce svetlo vyžarovať svetelné vlny s vyššími a vyššími frekvenciami. Dnes sa dajú vyrobiť svetelné diódy rôznych farieb.
Diódy sú zvyčajne konštruované na substráte typu N, pričom na jeho povrchu je nanesená vrstva polovodiča typu P a spojená s elektródami. Substráty typu P sú menej bežné, ale tiež sa používajú. Mnohé komerčné diódy vyžarujúce svetlo, najmä GaN/InGaN, tiež používajú zafírové substráty.
Väčšina materiálov používaných na výrobu LED diód má veľmi vysoké indexy lomu. To znamená, že väčšina svetelných vĺn sa odráža späť do materiálu na rozhraní so vzduchom. Preto je extrakcia svetelných vĺn dôležitou témou pre LED diódy a na túto tému sa zameriava množstvo výskumu a vývoja.
Hlavným rozdielom medzi LED (light emitting diodes) a obyčajnými diódami je ich materiál a štruktúra, čo vedie k výrazným rozdielom v ich účinnosti pri premene elektrickej energie na svetelnú energiu. Tu je niekoľko kľúčových bodov na vysvetlenie, prečo LED diódy môžu vyžarovať svetlo a bežné diódy nie:
Rôzne materiály:LED diódy využívajú III-V polovodičové materiály, ako je arzenid gália (GaAs), fosfid gália (GaP), nitrid gália (GaN) atď. Tieto materiály majú priamu medzeru, ktorá umožňuje elektrónom priamo preskakovať a uvoľňovať fotóny (svetlo). Bežné diódy zvyčajne používajú kremík alebo germánium, ktoré majú nepriamu bandgap a skok elektrónov sa vyskytuje hlavne vo forme uvoľnenia tepelnej energie, a nie svetla.
Odlišná štruktúra:Štruktúra LED je navrhnutá tak, aby optimalizovala tvorbu a vyžarovanie svetla. LED diódy zvyčajne pridávajú špecifické dopanty a vrstvové štruktúry na pn križovatke, aby sa podporila tvorba a uvoľňovanie fotónov. Bežné diódy sú navrhnuté tak, aby optimalizovali funkciu usmerňovania prúdu a nezameriavali sa na generovanie svetla.
Energetické pásmo:Materiál LED má veľkú energiu bandgap, čo znamená, že energia uvoľnená elektrónmi počas prechodu je dostatočne vysoká na to, aby sa objavila vo forme svetla. Energia materiálu bandgap obyčajných diód je malá a elektróny sa pri prechode uvoľňujú hlavne vo forme tepla.
Luminiscenčný mechanizmus:Keď je pn spojenie LED pod predpätím, elektróny sa pohybujú z oblasti n do oblasti p, rekombinujú sa s dierami a uvoľňujú energiu vo forme fotónov na generovanie svetla. V bežných diódach je rekombinácia elektrónov a dier hlavne vo forme nežiarivej rekombinácie, to znamená, že energia sa uvoľňuje vo forme tepla.
Tieto rozdiely umožňujú LED diódam vyžarovať svetlo pri práci, zatiaľ čo bežné diódy nie.
Tento článok pochádza z internetu a autorské práva patria pôvodnému autorovi
Čas uverejnenia: 1. august 2024