Η φωτεινή αρχή του LED

Ολοιτο επαναφορτιζόμενο φως εργασίας, Φορητό φως κάμπινγκκαιπολυλειτουργικός προβολέαςΧρησιμοποιήστε τον τύπο λαμπτήρα LED. Για να κατανοήσουμε την αρχή της οδήγησης διόδου, πρώτα να κατανοήσουν τις βασικές γνώσεις των ημιαγωγών. Οι αγώγιμες ιδιότητες των υλικών ημιαγωγών είναι μεταξύ αγωγών και μονωτήρων. 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 ένα καθαρό ημιαγωγό αυξάνει σημαντικά την ικανότητά του να διεξάγει ηλεκτρική ενέργεια. Το πυρίτιο (SI) και το γερμανικό (GE) είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι ημιαγωγοί στα σύγχρονα ηλεκτρονικά και τα εξωτερικά τους ηλεκτρόνια είναι τέσσερα. Όταν τα άτομα πυριτίου ή γερμανίου σχηματίζουν ένα κρύσταλλο, τα γειτονικά άτομα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, έτσι ώστε τα εξωτερικά ηλεκτρόνια να μοιράζονται τα δύο άτομα, τα οποία σχηματίζουν την ομοιοπολική δομή δεσμού στον κρύσταλλο, που είναι μια μοριακή δομή με μικρή ικανότητα περιορισμού. Σε θερμοκρασία δωματίου (300k), η θερμική διέγερση θα κάνει κάποια εξωτερικά ηλεκτρόνια να πάρουν αρκετή ενέργεια για να ξεφύγουν από τον ομοιοπολικό δεσμό και να γίνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, αυτή η διαδικασία ονομάζεται εγγενής διέγερση. Αφού το ηλεκτρόνιο είναι απεριόριστο για να γίνει ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο, παραμένει κενή θέση στον ομοιοπολικό δεσμό. Αυτή η κενή θέση ονομάζεται τρύπα. Η εμφάνιση μιας οπής είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό που διακρίνει έναν ημιαγωγό από έναν αγωγό.

Όταν προστίθεται μια μικρή ποσότητα πενταβαρών ακαθαρσιών όπως ο φωσφόρος στον εγγενή ημιαγωγό, θα έχει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο μετά τη δημιουργία ενός ομοιοπολικού δεσμού με άλλα άτομα ημιαγωγών. 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 της ακαθαρσίας ονομάζεται ηλεκτρονικός ημιαγωγός (ημιαγωγός τύπου Ν). Ωστόσο, προσθέτοντας μια μικρή ποσότητα τρισθεντικών στοιχειωδών ακαθαρσιών (όπως το βόριο κ.λπ.) στον εγγενή ημιαγωγό, επειδή έχει μόνο τρία ηλεκτρόνια στο εξωτερικό στρώμα, αφού σχηματίζει ομοιοπολικό δεσμό με τα περιβάλλοντα άτομα ημιαγωγών, θα δημιουργήσει μια κενή θέση στον κρύσταλλο. Αυτό το είδος ημιαγωγού της ακαθαρσίας ονομάζεται ημιαγωγός οπής (ημιαγωγός τύπου P). Όταν συνδυάζονται οι ημιαγωγοί τύπου Ν και Ρ τύπου, υπάρχει μια διαφορά στη συγκέντρωση ελεύθερων ηλεκτρονίων και οπών στη διασταύρωση τους. Τόσο τα ηλεκτρόνια όσο και οι οπές διαχέονται προς τη χαμηλότερη συγκέντρωση, αφήνοντας πίσω τα φορτισμένα αλλά ακίνητα ιόντα που καταστρέφουν την αρχική ηλεκτρική ουδετερότητα των περιοχών τύπου Ν και ρ. Αυτά τα ακίνητα φορτισμένα σωματίδια συχνά ονομάζονται διαστημικά φορτία και είναι συγκεντρωμένα κοντά στη διεπαφή των περιοχών Ν και Ρ για να σχηματίσουν μια πολύ λεπτή περιοχή διαστημικού φορτίου, η οποία είναι γνωστή ως η διασταύρωση PN.

Όταν εφαρμόζεται μια τάση μεροληψίας προς τα εμπρός και στα δύο άκρα της διασταύρωσης PN (θετική τάση στη μία πλευρά του τύπου P), οι τρύπες και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από το άλλο, δημιουργώντας ένα εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο. Οι νεοσυσταθείσες τρύπες στη συνέχεια ανασυνδυασμένα με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, μερικές φορές απελευθερώνουν την περίσσεια ενέργειας με τη μορφή φωτονίων, που είναι το φως που βλέπουμε να εκπέμπονται από LED. Ένα τέτοιο φάσμα είναι σχετικά στενό και δεδομένου ότι κάθε υλικό έχει διαφορετικό κενό ζώνης, τα μήκη κύματος των φωτονίων που εκπέμπονται είναι διαφορετικά, έτσι τα χρώματα των LED καθορίζονται από τα βασικά υλικά που χρησιμοποιούνται.