Valgusdiood on spetsiaalne diood. Nagu tavalised dioodid, koosnevad valgusdioodid pooljuhtkiipidest. Need pooljuhtmaterjalid on p- ja n-struktuuride tootmiseks eelnevalt implanteeritud või legeeritud.
Sarnaselt teiste dioodidega võib valgusdioodi vool kergesti voolata p-poolusest (anood) n-poolusele (katoodile), kuid mitte vastupidises suunas. Kaks erinevat kandjat: augud ja elektronid voolavad elektroodidest p ja n struktuuridesse erinevate elektroodide pingete all. Kui augud ja elektronid kohtuvad ja rekombineeruvad, langevad elektronid madalamale energiatasemele ja vabastavad energiat footonite kujul (footoneid nimetatakse sageli valguseks).
Selle kiirgava valguse lainepikkuse (värvi) määrab p- ja n-struktuuri moodustavate pooljuhtmaterjalide ribalaiuse energia.
Kuna räni ja germaanium on kaudsed ribalaiusega materjalid, on toatemperatuuril elektronide ja aukude rekombinatsioon nendes materjalides mittekiirguslik üleminek. Sellised üleminekud ei vabasta footoneid, vaid muudavad energia soojusenergiaks. Seetõttu ei saa räni- ja germaaniumdioodid valgust kiirata (need kiirgavad valgust väga madalal eritemperatuuril, mida tuleb tuvastada erilise nurga all ja valguse heledus pole ilmne).
Valgusdioodides kasutatavad materjalid on kõik otsese ribalaiusega materjalid, seega vabaneb energia footonite kujul. Need keelatud ribade energiad vastavad valguse energiale lähi-infrapuna-, nähtava- või peaaegu ultraviolettkiirguse ribades.
See mudel simuleerib LED-i, mis kiirgab valgust elektromagnetilise spektri infrapunaosas.
Arengu varases staadiumis võisid galliumarseniidi (GaAs) kasutavad valgusdioodid kiirata ainult infrapuna- või punast valgust. Materjaliteaduse edenedes suudavad äsja välja töötatud valgusdioodid kiirata üha kõrgema sagedusega valguslaineid. Tänapäeval saab valmistada erinevat värvi valgusdioode.
Dioodid on tavaliselt konstrueeritud N-tüüpi substraadile, mille pinnale kantakse P-tüüpi pooljuhi kiht ja ühendatakse elektroodidega. P-tüüpi substraate on vähem levinud, kuid neid kasutatakse ka. Paljud kaubanduslikud valgusdioodid, eriti GaN/InGaN, kasutavad samuti safiirsubstraate.
Enamikul LED-ide valmistamiseks kasutatavatest materjalidest on väga kõrge murdumisnäitaja. See tähendab, et suurem osa valguslainetest peegeldub õhuga kokkupuutepinnal tagasi materjali. Seetõttu on valguslainete eraldamine LED-ide jaoks oluline teema ning sellele teemale keskendub palju teadus- ja arendustegevust.
Peamine erinevus LED-ide (valgusdioodide) ja tavaliste dioodide vahel on nende materjalid ja struktuur, mis toob kaasa olulisi erinevusi nende efektiivsuses elektrienergia muundamisel valgusenergiaks. Siin on mõned põhipunktid selgitamaks, miks LED-id suudavad valgust kiirata ja tavalised dioodid mitte:
Erinevad materjalid:LED-id kasutavad III-V pooljuhtmaterjale, nagu galliumarseniid (GaAs), galliumfosfiid (GaP), galliumnitriid (GaN) jne. Nendel materjalidel on otsene ribalaius, mis võimaldab elektronidel otse hüpata ja footoneid (valgust) vabastada. Tavalistes dioodides kasutatakse tavaliselt räni või germaaniumi, millel on kaudne ribalaius, ja elektronide hüpe toimub peamiselt soojusenergia vabanemise, mitte valguse vormis.
Erinevad struktuurid:LED-ide struktuur on loodud valguse genereerimise ja emissiooni optimeerimiseks. Valgusdioodid lisavad tavaliselt pn-ristmikule spetsiifilisi lisandeid ja kihtstruktuure, et soodustada footonite teket ja vabanemist. Tavalised dioodid on loodud voolu alaldusfunktsiooni optimeerimiseks ja ei keskendu valguse tekitamisele.
Energia ribalaius:LED-i materjalil on suur ribalaiuse energia, mis tähendab, et elektronide poolt üleminekul vabanev energia on piisavalt suur, et ilmuda valguse kujul. Tavaliste dioodide materjali ribalaiuse energia on väike ja elektronid vabanevad üleminekul peamiselt soojuse kujul.
Luminestsentsi mehhanism:Kui LED-i pn-siirde on ettepoole suunatud, liiguvad elektronid n-piirkonnast p-piirkonda, ühinevad aukudega ja vabastavad valguse tekitamiseks footonite kujul energiat. Tavalistes dioodides toimub elektronide ja aukude rekombinatsioon peamiselt mittekiirgusliku rekombinatsiooni vormis, see tähendab, et energia vabaneb soojuse kujul.
Need erinevused võimaldavad LED-idel töö ajal valgust kiirata, tavalistel dioodidel aga mitte.
See artikkel pärineb Internetist ja autoriõigused kuuluvad algsele autorile
Postitusaeg: august 01-2024