O díodo emisor de luz é un díodo especial. Do mesmo xeito que os díodos ordinarios, os díodos emisores de luz están compostos por chips semicondutores. Estes materiais semicondutores son preimplantados ou dopados para producir estruturas p e n.
Do mesmo xeito que outros díodos, a corrente no díodo emisor de luz pode fluír facilmente desde o polo p (ánodo) ata o polo n (cátodo), pero non na dirección oposta. Dous portadores diferentes: os buratos e os electróns flúen desde os electrodos ás estruturas p e n baixo diferentes tensións de electrodos. Cando os buratos e os electróns se atopan e recombinan, os electróns caen a un nivel de enerxía máis baixo e liberan enerxía en forma de fotóns (os fotóns son o que a miúdo chamamos luz).
A lonxitude de onda (cor) da luz que emite está determinada pola enerxía de banda prohibida dos materiais semicondutores que forman as estruturas p e n.
Dado que o silicio e o xermanio son materiais de banda prohibida indirecta, a temperatura ambiente, a recombinación de electróns e buratos nestes materiais é unha transición non radiativa. Tales transicións non liberan fotóns, senón que converten enerxía en enerxía térmica. Polo tanto, os díodos de silicio e xermanio non poden emitir luz (emitirán luz a temperaturas específicas moi baixas, que deben detectarse nun ángulo especial, e o brillo da luz non é obvio).
Os materiais utilizados nos díodos emisores de luz son todos materiais de banda prohibida directa, polo que a enerxía é liberada en forma de fotóns. Estas enerxías de banda prohibidas corresponden á enerxía luminosa nas bandas do infravermello próximo, visible ou ultravioleta.
Este modelo simula un LED que emite luz na parte infravermella do espectro electromagnético.
Nas primeiras fases do desenvolvemento, os díodos emisores de luz que usaban arseniuro de galio (GaAs) só podían emitir luz infravermella ou vermella. Co avance da ciencia dos materiais, os díodos emisores de luz recentemente desenvolvidos poden emitir ondas luminosas con frecuencias cada vez máis altas. Hoxe pódense fabricar díodos emisores de luz de varias cores.
Os diodos adoitan construírse sobre un substrato de tipo N, cunha capa de semicondutores de tipo P depositada na súa superficie e conectada con electrodos. Os substratos de tipo P son menos comúns, pero tamén se usan. Moitos díodos emisores de luz comerciais, especialmente GaN/InGaN, tamén usan substratos de zafiro.
A maioría dos materiais utilizados para fabricar LED teñen índices de refracción moi altos. Isto significa que a maioría das ondas luminosas reflíctese de novo no material na interface co aire. Polo tanto, a extracción de ondas luminosas é un tema importante para os LED, e moita investigación e desenvolvemento céntrase neste tema.
A principal diferenza entre os LED (diodos emisores de luz) e os díodos ordinarios son os seus materiais e estrutura, o que leva a diferenzas significativas na súa eficiencia na conversión da enerxía eléctrica en enerxía luminosa. Aquí tes algúns puntos clave para explicar por que os LED poden emitir luz e os díodos comúns non:
Diferentes materiais:Os LED usan materiais semicondutores III-V como o arseniuro de galio (GaAs), o fosfuro de galio (GaP), o nitruro de galio (GaN), etc. Estes materiais teñen un intervalo de banda directo, o que permite que os electróns salten directamente e liberen fotóns (luz). Os díodos ordinarios adoitan empregar silicio ou xermanio, que teñen unha banda prohibida indirecta, e o salto de electróns ocorre principalmente en forma de liberación de enerxía térmica, en lugar de luz.
Estrutura diferente:A estrutura dos LED está deseñada para optimizar a xeración e emisión de luz. Os LED adoitan engadir dopantes específicos e estruturas de capas na unión pn para promover a xeración e liberación de fotóns. Os díodos ordinarios están deseñados para optimizar a función de rectificación da corrente e non se centran na xeración de luz.
Bandgap de enerxía:O material do LED ten unha gran enerxía de banda prohibida, o que significa que a enerxía liberada polos electróns durante a transición é o suficientemente alta como para aparecer en forma de luz. A enerxía de banda prohibida do material dos díodos ordinarios é pequena e os electróns son liberados principalmente en forma de calor cando pasan.
Mecanismo de luminiscencia:Cando a unión pn do LED está baixo polarización directa, os electróns móvense da rexión n á rexión p, recombínanse con buratos e liberan enerxía en forma de fotóns para xerar luz. Nos díodos ordinarios, a recombinación de electróns e buratos realízase principalmente en forma de recombinación non radiativa, é dicir, a enerxía liberase en forma de calor.
Estas diferenzas permiten que os LED emitan luz cando traballan, mentres que os díodos ordinarios non poden.
Este artigo provén de Internet e os dereitos de autor pertencen ao autor orixinal
Hora de publicación: 01-ago-2024