Šviesos diodas yra specialus diodas. Kaip ir įprasti diodai, šviesos diodai yra sudaryti iš puslaidininkių lustų. Šios puslaidininkinės medžiagos yra iš anksto implantuojamos arba legiruojamos, kad būtų pagamintos p ir n struktūros.
Kaip ir kituose dioduose, šviesos diodo srovė gali lengvai tekėti iš p poliaus (anodo) į n polių (katodą), bet ne priešinga kryptimi. Du skirtingi nešikliai: skylės ir elektronai teka iš elektrodų į p ir n struktūras esant skirtingoms elektrodų įtampoms. Kai skylės ir elektronai susitinka ir rekombinuojasi, elektronai nukrenta į žemesnį energijos lygį ir išskiria energiją fotonų pavidalu (fotonais dažnai vadiname šviesa).
Jos skleidžiamos šviesos bangos ilgį (spalvą) lemia puslaidininkinių medžiagų, sudarančių p ir n struktūras, juostos energijos.
Kadangi silicis ir germanis yra netiesioginės juostos tarpo medžiagos, kambario temperatūroje elektronų ir skylių rekombinacija šiose medžiagose yra nespinduliuojantis perėjimas. Tokie perėjimai neišskiria fotonų, o paverčia energiją šilumos energija. Todėl silicio ir germanio diodai negali skleisti šviesos (skleis šviesą esant labai žemai specifinei temperatūrai, kurią reikia aptikti ypatingu kampu, o šviesos ryškumas nėra akivaizdus).
Šviesos dioduose naudojamos medžiagos yra tiesioginės juostos medžiagos, todėl energija išsiskiria fotonų pavidalu. Šios draudžiamos juostos energijos atitinka šviesos energiją artimųjų infraraudonųjų, matomų ar beveik ultravioletinių spindulių juostose.
Šis modelis imituoja šviesos diodą, kuris skleidžia šviesą elektromagnetinio spektro infraraudonojoje dalyje.
Ankstyvosiose kūrimo stadijose šviesos diodai, naudojantys galio arsenidą (GaAs), galėjo skleisti tik infraraudonąją arba raudonąją šviesą. Tobulėjant medžiagų mokslui, naujai sukurti šviesos diodai gali skleisti vis aukštesnio dažnio šviesos bangas. Šiandien galima pagaminti įvairių spalvų šviesos diodus.
Diodai dažniausiai konstruojami ant N tipo pagrindo, ant jo paviršiaus nusodinamas P tipo puslaidininkio sluoksnis ir sujungiamas kartu su elektrodais. P tipo substratai yra mažiau paplitę, tačiau taip pat naudojami. Daugelis komercinių šviesos diodų, ypač GaN/InGaN, taip pat naudoja safyro substratus.
Dauguma medžiagų, naudojamų šviesos diodams gaminti, turi labai aukštą lūžio rodiklį. Tai reiškia, kad dauguma šviesos bangų atsispindi atgal į medžiagą sąsajoje su oru. Todėl šviesos bangų ištraukimas yra svarbi šviesos diodų tema, todėl daug tyrimų ir plėtros skirta šiai temai.
Pagrindinis skirtumas tarp šviesos diodų (šviesos diodų) ir įprastų diodų yra jų medžiagos ir struktūra, todėl labai skiriasi jų efektyvumas paverčiant elektros energiją šviesos energija. Štai keletas pagrindinių dalykų, paaiškinančių, kodėl šviesos diodai gali skleisti šviesą, o įprasti diodai – ne:
Įvairios medžiagos:Šviesos diodai naudoja III-V puslaidininkines medžiagas, tokias kaip galio arsenidas (GaAs), galio fosfidas (GaP), galio nitridas (GaN) ir kt. Šios medžiagos turi tiesioginį juostos tarpą, leidžiantį elektronams tiesiogiai šokinėti ir išleisti fotonus (šviesą). Įprastuose dioduose dažniausiai naudojamas silicis arba germanis, kurie turi netiesioginį pralaidumą, o elektronų šuolis daugiausia vyksta šilumos energijos išsiskyrimo, o ne šviesos pavidalu.
Skirtinga struktūra:Šviesos diodų struktūra sukurta siekiant optimizuoti šviesos generavimą ir emisiją. Šviesos diodai paprastai prideda specifinių priedų ir sluoksnių struktūrų pn sandūroje, kad paskatintų fotonų susidarymą ir išsiskyrimą. Įprasti diodai skirti optimizuoti srovės ištaisymo funkciją ir nesiorientuoti į šviesos generavimą.
Energijos diapazonas:Šviesos diodo medžiaga turi didelę juostos tarpo energiją, o tai reiškia, kad perėjimo metu elektronų išskiriama energija yra pakankamai didelė, kad pasirodytų šviesos pavidalu. Paprastų diodų medžiagos pralaidumo energija yra maža, o elektronai dažniausiai išsiskiria šilumos pavidalu, kai jie pereina.
Liuminescencijos mechanizmas:Kai šviesos diodo pn sandūra yra poslinkio į priekį, elektronai juda iš n srities į p sritį, rekombinuojasi su skylutėmis ir išskiria energiją fotonų pavidalu, kad generuotų šviesą. Įprastuose dioduose elektronų ir skylių rekombinacija daugiausia vyksta neradiacinės rekombinacijos forma, tai yra, energija išsiskiria šilumos pavidalu.
Šie skirtumai leidžia šviesos diodams skleisti šviesą dirbant, o įprasti diodai negali.
Šis straipsnis kilęs iš interneto, o autorių teisės priklauso pradiniam autoriui
Paskelbimo laikas: 2024-01-01