Η φωτεινή αρχή των LED

Ολοιτο επαναφορτιζόμενο φως εργασίας, φορητό φως κατασκήνωσηςκαιπολυλειτουργικός προβολέαςΧρησιμοποιήστε τον τύπο λαμπτήρα LED. Για να κατανοήσετε την αρχή της διόδου LED, πρώτα πρέπει να κατανοήσετε τις βασικές γνώσεις των ημιαγωγών. Οι αγώγιμες ιδιότητες των ημιαγωγών είναι μεταξύ αγωγών και μονωτών. Τα μοναδικά χαρακτηριστικά του είναι: όταν ο ημιαγωγός διεγείρεται από εξωτερικές συνθήκες φωτός και θερμότητας, η αγώγιμη ικανότητά του θα αλλάξει σημαντικά. Η προσθήκη μικρών ποσοτήτων ακαθαρσιών σε έναν καθαρό ημιαγωγό αυξάνει σημαντικά την ικανότητά του να άγει ηλεκτρικό ρεύμα. Το πυρίτιο (Si) και το γερμάνιο (Ge) είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι ημιαγωγοί στη σύγχρονη ηλεκτρονική και τα εξωτερικά τους ηλεκτρόνια είναι τέσσερα. Όταν άτομα πυριτίου ή γερμανίου σχηματίζουν έναν κρύσταλλο, γειτονικά άτομα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, έτσι ώστε τα εξωτερικά ηλεκτρόνια να μοιράζονται τα δύο άτομα, γεγονός που σχηματίζει τη δομή του ομοιοπολικού δεσμού στον κρύσταλλο, η οποία είναι μια μοριακή δομή με μικρή ικανότητα περιορισμού. Σε θερμοκρασία δωματίου (300K), η θερμική διέγερση θα κάνει ορισμένα εξωτερικά ηλεκτρόνια να λάβουν αρκετή ενέργεια για να αποσπαστούν από τον ομοιοπολικό δεσμό και να γίνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, αυτή η διαδικασία ονομάζεται εγγενής διέγερση. Αφού το ηλεκτρόνιο αποσυνδεθεί για να γίνει ελεύθερο ηλεκτρόνιο, αφήνεται ένα κενό στον ομοιοπολικό δεσμό. Αυτό το κενό ονομάζεται οπή. Η εμφάνιση μιας οπής είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό που διακρίνει έναν ημιαγωγό από έναν αγωγό.

Όταν μια μικρή ποσότητα πεντασθενούς πρόσμιξης, όπως ο φώσφορος, προστίθεται στον εγγενή ημιαγωγό, αυτός θα έχει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο αφού σχηματίσει έναν ομοιοπολικό δεσμό με άλλα άτομα ημιαγωγού. Αυτό το επιπλέον ηλεκτρόνιο χρειάζεται μόνο πολύ μικρή ενέργεια για να απαλλαγεί από τον δεσμό και να γίνει ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο. Αυτό το είδος ημιαγωγού πρόσμιξης ονομάζεται ηλεκτρονικός ημιαγωγός (ημιαγωγός τύπου Ν). Ωστόσο, η προσθήκη μιας μικρής ποσότητας τρισθενών στοιχειακών προσμίξεων (όπως βόριο κ.λπ.) στον εγγενή ημιαγωγό, επειδή έχει μόνο τρία ηλεκτρόνια στο εξωτερικό στρώμα, αφού σχηματίσει έναν ομοιοπολικό δεσμό με τα περιβάλλοντα άτομα ημιαγωγού, θα δημιουργήσει ένα κενό στον κρύσταλλο. Αυτό το είδος ημιαγωγού πρόσμιξης ονομάζεται ημιαγωγός οπών (ημιαγωγός τύπου P). Όταν οι ημιαγωγοί τύπου Ν και τύπου P συνδυάζονται, υπάρχει διαφορά στη συγκέντρωση των ελεύθερων ηλεκτρονίων και των οπών στη σύνδεσή τους. Τόσο τα ηλεκτρόνια όσο και οι οπές διαχέονται προς τη χαμηλότερη συγκέντρωση, αφήνοντας πίσω τους φορτισμένα αλλά ακίνητα ιόντα που καταστρέφουν την αρχική ηλεκτρική ουδετερότητα των περιοχών τύπου Ν και τύπου Ρ. Αυτά τα ακίνητα φορτισμένα σωματίδια ονομάζονται συχνά χωρικά φορτία και συγκεντρώνονται κοντά στη διεπαφή των περιοχών N και P για να σχηματίσουν μια πολύ λεπτή περιοχή χωρικού φορτίου, η οποία είναι γνωστή ως επαφή PN.

Όταν εφαρμόζεται τάση ορθής πόλωσης και στα δύο άκρα της σύνδεσης PN (θετική τάση στη μία πλευρά του τύπου P), οι οπές και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κινούνται η μία γύρω από την άλλη, δημιουργώντας ένα εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο. Οι νεοεγχυόμενες οπές στη συνέχεια ανασυνδυάζονται με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, απελευθερώνοντας μερικές φορές περίσσεια ενέργειας με τη μορφή φωτονίων, που είναι το φως που βλέπουμε να εκπέμπεται από τα LED. Ένα τέτοιο φάσμα είναι σχετικά στενό και, επειδή κάθε υλικό έχει διαφορετικό ενεργειακό χάσμα, τα μήκη κύματος των φωτονίων που εκπέμπονται είναι διαφορετικά, επομένως τα χρώματα των LED καθορίζονται από τα βασικά υλικά που χρησιμοποιούνται.