Lysdiode er en speciel diode. Ligesom almindelige dioder er lysemitterende dioder sammensat af halvlederchips. Disse halvledermaterialer er præ-implanteret eller doteret for at producere p- og n-strukturer.
Ligesom andre dioder kan strømmen i lysdioden let løbe fra p-polen (anode) til n-polen (katoden), men ikke i den modsatte retning. To forskellige bærere: huller og elektroner strømmer fra elektroderne til p- og n-strukturerne under forskellige elektrodespændinger. Når huller og elektroner mødes og rekombinerer, falder elektronerne til et lavere energiniveau og frigiver energi i form af fotoner (fotoner er det, vi ofte kalder lys).
Bølgelængden (farven) af det lys, det udsender, bestemmes af båndgab-energien af de halvledermaterialer, der udgør p- og n-strukturerne.
Da silicium og germanium er indirekte båndgab-materialer, er rekombinationen af elektroner og huller i disse materialer ved stuetemperatur en ikke-strålende overgang. Sådanne overgange frigiver ikke fotoner, men omdanner energi til varmeenergi. Derfor kan silicium- og germaniumdioder ikke udsende lys (de vil udsende lys ved meget lave specifikke temperaturer, som skal detekteres i en særlig vinkel, og lysets lysstyrke er ikke tydelig).
Materialerne, der bruges i lysemitterende dioder, er alle direkte båndgab materialer, så energien frigives i form af fotoner. Disse forbudte båndenergier svarer til lysenergien i de nær-infrarøde, synlige eller nær-ultraviolette bånd.
Denne model simulerer en LED, der udsender lys i den infrarøde del af det elektromagnetiske spektrum.
I de tidlige udviklingsstadier kunne lysemitterende dioder, der bruger galliumarsenid (GaAs), kun udsende infrarødt eller rødt lys. Med fremskridt inden for materialevidenskab kan nyudviklede lysemitterende dioder udsende lysbølger med højere og højere frekvenser. I dag kan der laves lysdioder i forskellige farver.
Dioder er normalt konstrueret på et N-type substrat, med et lag af P-type halvleder aflejret på overfladen og forbundet med elektroder. P-type substrater er mindre almindelige, men bruges også. Mange kommercielle lysemitterende dioder, især GaN/InGaN, bruger også safirsubstrater.
De fleste materialer, der bruges til at fremstille LED'er, har meget høje brydningsindekser. Det betyder, at de fleste lysbølger reflekteres tilbage i materialet i grænsefladen med luften. Derfor er lysbølgeudvinding et vigtigt emne for LED'er, og meget forskning og udvikling er fokuseret på dette emne.
Hovedforskellen mellem LED'er (lysemitterende dioder) og almindelige dioder er deres materialer og struktur, hvilket fører til betydelige forskelle i deres effektivitet ved omdannelse af elektrisk energi til lysenergi. Her er nogle nøglepunkter for at forklare, hvorfor LED'er kan udsende lys, og almindelige dioder ikke kan:
Forskellige materialer:LED'er bruger III-V-halvledermaterialer såsom galliumarsenid (GaAs), galliumphosphid (GaP), galliumnitrid (GaN) osv. Disse materialer har et direkte båndgab, som gør det muligt for elektroner at hoppe direkte og frigive fotoner (lys). Almindelige dioder bruger normalt silicium eller germanium, som har et indirekte båndgab, og elektronspringet sker hovedsageligt i form af varmeenergifrigivelse, frem for lys.
Forskellig struktur:Strukturen af LED'er er designet til at optimere lysgenerering og emission. LED'er tilføjer normalt specifikke doteringsmidler og lagstrukturer ved pn-krydset for at fremme generering og frigivelse af fotoner. Almindelige dioder er designet til at optimere ensretterfunktionen af strøm og fokuserer ikke på generering af lys.
Energibåndgab:LED'ens materiale har en stor båndgab-energi, hvilket betyder, at den energi, der frigives af elektronerne under overgangen, er høj nok til at fremstå i form af lys. Den materielle båndgab-energi i almindelige dioder er lille, og elektronerne frigives hovedsageligt i form af varme, når de skifter.
Luminescensmekanisme:Når pn-forbindelsen af LED'en er under forspænding fremad, bevæger elektroner sig fra n-området til p-området, rekombinerer med huller og frigiver energi i form af fotoner for at generere lys. I almindelige dioder er rekombinationen af elektroner og huller hovedsageligt i form af ikke-strålende rekombination, det vil sige, at energien frigives i form af varme.
Disse forskelle gør det muligt for LED'er at udsende lys, når de arbejder, mens almindelige dioder ikke kan.
Denne artikel kommer fra internettet, og ophavsretten tilhører den originale forfatter
Indlægstid: Aug-01-2024