Ljusemitterande diod är en speciell diod. Liksom vanliga dioder är ljusemitterande dioder sammansatta av halvledarchips. Dessa halvledarmaterial är förimplanterade eller dopade för att producera p- och n-strukturer.
Liksom andra dioder kan strömmen i den lysande dioden lätt flyta från p-polen (anod) till n-polen (katoden), men inte i motsatt riktning. Två olika bärare: hål och elektroner strömmar från elektroderna till p- och n-strukturerna under olika elektrodspänningar. När hål och elektroner möts och rekombinerar faller elektronerna till en lägre energinivå och frigör energi i form av fotoner (fotoner är vad vi ofta kallar ljus).
Våglängden (färgen) på ljuset det avger bestäms av bandgap-energin hos de halvledarmaterial som utgör p- och n-strukturerna.
Eftersom kisel och germanium är indirekta bandgapmaterial, vid rumstemperatur, är rekombinationen av elektroner och hål i dessa material en icke-strålningsövergång. Sådana övergångar frigör inte fotoner, utan omvandlar energi till värmeenergi. Därför kan kisel- och germaniumdioder inte avge ljus (de kommer att avge ljus vid mycket låga specifika temperaturer, som måste detekteras i en speciell vinkel, och ljusets ljusstyrka är inte uppenbar).
Materialen som används i ljusemitterande dioder är alla direkta bandgap-material, så energin frigörs i form av fotoner. Dessa förbjudna bandenergier motsvarar ljusenergin i de nära-infraröda, synliga eller nära-ultravioletta banden.
Denna modell simulerar en lysdiod som avger ljus i den infraröda delen av det elektromagnetiska spektrumet.
I de tidiga utvecklingsstadierna kunde lysdioder som använder galliumarsenid (GaAs) bara avge infrarött eller rött ljus. Med materialvetenskapens framsteg kan nyutvecklade lysdioder avge ljusvågor med högre och högre frekvenser. Idag kan lysdioder i olika färger tillverkas.
Dioder är vanligtvis konstruerade på ett substrat av N-typ, med ett lager av halvledare av P-typ avsatt på dess yta och sammankopplat med elektroder. P-typ substrat är mindre vanliga, men används också. Många kommersiella ljusemitterande dioder, särskilt GaN/InGaN, använder också safirsubstrat.
De flesta material som används för att tillverka lysdioder har mycket höga brytningsindex. Detta innebär att de flesta ljusvågorna reflekteras tillbaka in i materialet i gränsytan mot luften. Därför är ljusvågsextraktion ett viktigt ämne för lysdioder, och mycket forskning och utveckling är fokuserad på detta ämne.
Huvudskillnaden mellan lysdioder (ljusemitterande dioder) och vanliga dioder är deras material och struktur, vilket leder till betydande skillnader i deras effektivitet när det gäller att omvandla elektrisk energi till ljusenergi. Här är några viktiga punkter för att förklara varför lysdioder kan avge ljus och vanliga dioder inte:
Olika material:Lysdioder använder III-V-halvledarmaterial som galliumarsenid (GaAs), galliumfosfid (GaP), galliumnitrid (GaN), etc. Dessa material har ett direkt bandgap, vilket gör att elektroner direkt kan hoppa och släppa fotoner (ljus). Vanliga dioder använder vanligtvis kisel eller germanium, som har ett indirekt bandgap, och elektronhoppet sker främst i form av värmeenergifrisättning, snarare än ljus.
Annan struktur:Strukturen hos lysdioder är utformad för att optimera ljusgenerering och emission. Lysdioder lägger vanligtvis till specifika dopämnen och lagerstrukturer vid pn-övergången för att främja generering och frisättning av fotoner. Vanliga dioder är utformade för att optimera likriktarfunktionen av ström och fokuserar inte på generering av ljus.
Energibandgap:Materialet i lysdioden har en stor bandgap-energi, vilket gör att energin som frigörs av elektronerna under övergången är tillräckligt hög för att uppträda i form av ljus. Den materiella bandgapenergin hos vanliga dioder är liten, och elektronerna frigörs huvudsakligen i form av värme när de övergår.
Luminescensmekanism:När pn-övergången för lysdioden är under förspänning framåt, rör sig elektroner från n-regionen till p-regionen, rekombineras med hål och frigör energi i form av fotoner för att generera ljus. I vanliga dioder sker rekombinationen av elektroner och hål huvudsakligen i form av icke-strålningsrekombination, det vill säga energin frigörs i form av värme.
Dessa skillnader tillåter lysdioder att avge ljus när de arbetar, medan vanliga dioder inte kan.
Denna artikel kommer från Internet och upphovsrätten tillhör den ursprungliga författaren
Posttid: Aug-01-2024