Gaismas diode ir īpaša diode. Tāpat kā parastās diodes, gaismas diodes sastāv no pusvadītāju mikroshēmām. Šie pusvadītāju materiāli ir iepriekš implantēti vai leģēti, lai iegūtu p un n struktūras.
Tāpat kā citas diodes, strāva gaismas diodē var viegli plūst no p pola (anoda) uz n polu (katodu), bet ne pretējā virzienā. Divi dažādi nesēji: caurumi un elektroni plūst no elektrodiem uz p un n struktūrām ar dažādiem elektrodu spriegumiem. Kad caurumi un elektroni satiekas un rekombinējas, elektroni nokrīt līdz zemākam enerģijas līmenim un atbrīvo enerģiju fotonu veidā (fotonus mēs bieži saucam par gaismu).
Tās izstarotās gaismas viļņa garumu (krāsu) nosaka pusvadītāju materiālu joslas spraugas enerģija, kas veido p un n struktūras.
Tā kā silīcijs un germānija ir netieši joslas spraugas materiāli, istabas temperatūrā elektronu un caurumu rekombinācija šajos materiālos ir nestarojoša pāreja. Šādas pārejas neizdala fotonus, bet pārvērš enerģiju siltumenerģijā. Tāpēc silīcija un germānija diodes nevar izstarot gaismu (tās izstaros gaismu ļoti zemā specifiskā temperatūrā, kas jāfiksē īpašā leņķī, un gaismas spilgtums nav acīmredzams).
Visi materiāli, ko izmanto gaismas diodēs, ir tiešas joslas spraugas materiāli, tāpēc enerģija tiek atbrīvota fotonu veidā. Šīs aizliegtās joslas enerģijas atbilst gaismas enerģijai tuvajā infrasarkanajā, redzamajā vai gandrīz ultravioletajā joslā.
Šis modelis simulē LED, kas izstaro gaismu elektromagnētiskā spektra infrasarkanajā daļā.
Agrīnās attīstības stadijās gaismas diodes, kurās izmanto gallija arsenīdu (GaAs), varēja izstarot tikai infrasarkano vai sarkano gaismu. Attīstoties materiālu zinātnei, jaunizveidotās gaismas diodes var izstarot gaismas viļņus ar augstākām un augstākām frekvencēm. Mūsdienās var izgatavot dažādu krāsu gaismas diodes.
Diodes parasti konstruē uz N-veida substrāta, uz tās virsmas uzklājot P tipa pusvadītāju slāni un savienojot kopā ar elektrodiem. P-veida substrāti ir retāk sastopami, taču tiek izmantoti arī. Daudzas komerciālas gaismas diodes, īpaši GaN/InGaN, izmanto arī safīra substrātus.
Lielākajai daļai materiālu, ko izmanto gaismas diožu izgatavošanai, ir ļoti augsts refrakcijas koeficients. Tas nozīmē, ka lielākā daļa gaismas viļņu tiek atspoguļoti atpakaļ materiālā saskarē ar gaisu. Tāpēc gaismas viļņu ekstrakcija ir svarīgs LED temats, un daudzi pētījumi un izstrāde ir vērsti uz šo tēmu.
Galvenā atšķirība starp LED (gaismas diodēm) un parastajām diodēm ir to materiāli un struktūra, kas rada būtiskas atšķirības to efektivitātē, pārvēršot elektrisko enerģiju gaismas enerģijā. Šeit ir daži galvenie punkti, lai izskaidrotu, kāpēc gaismas diodes var izstarot gaismu, bet parastās diodes nevar:
Dažādi materiāli:Gaismas diodes izmanto III-V pusvadītāju materiālus, piemēram, gallija arsenīdu (GaAs), gallija fosfīdu (GaP), gallija nitrīdu (GaN) utt. Šiem materiāliem ir tieša joslas sprauga, kas ļauj elektroniem tieši lēkt un atbrīvot fotonus (gaismu). Parastās diodēs parasti tiek izmantots silīcijs vai germānija, kam ir netieša joslas sprauga, un elektronu lēciens galvenokārt notiek siltuma enerģijas izdalīšanās, nevis gaismas veidā.
Dažāda struktūra:Gaismas diožu struktūra ir izstrādāta, lai optimizētu gaismas ģenerēšanu un emisiju. Gaismas diodes parasti pievieno īpašas piedevas un slāņu struktūras pn krustojumā, lai veicinātu fotonu veidošanos un izdalīšanos. Parastās diodes ir paredzētas, lai optimizētu strāvas taisnošanas funkciju un nekoncentrējas uz gaismas ģenerēšanu.
Enerģijas diapazons:Gaismas diodes materiālam ir liela joslas spraugas enerģija, kas nozīmē, ka pārejas laikā elektronu izdalītā enerģija ir pietiekami augsta, lai parādītos gaismas veidā. Parasto diožu materiāla joslas spraugas enerģija ir maza, un elektroni galvenokārt tiek atbrīvoti siltuma veidā, kad tie pāriet.
Luminiscences mehānisms:Kad gaismas diodes pn krustojums ir pakļauts priekšējai nobīdei, elektroni pārvietojas no n apgabala uz p reģionu, rekombinējas ar caurumiem un atbrīvo enerģiju fotonu veidā, lai radītu gaismu. Parastajās diodēs elektronu un caurumu rekombinācija galvenokārt notiek neradiatīvas rekombinācijas veidā, tas ir, enerģija tiek atbrīvota siltuma veidā.
Šīs atšķirības ļauj gaismas diodēm izstarot gaismu darba laikā, bet parastajām diodēm to nevar.
Šis raksts nāk no interneta, un autortiesības pieder sākotnējam autoram
Izlikšanas laiks: Aug-01-2024