Principiul luminos al LED-ului

Toatelanterna de lucru reîncărcabilă, lumină portabilă de campingşilanternă frontală multifuncționalăUtilizați becurile de tip LED. Pentru a înțelege principiul diodelor LED, trebuie mai întâi să înțelegeți cunoștințele de bază despre semiconductori. Proprietățile conductive ale materialelor semiconductoare se situează între conductori și izolatori. Caracteristicile lor unice sunt: ​​atunci când semiconductorul este stimulat de lumină externă și condiții de căldură, capacitatea sa conductivă se va schimba semnificativ; Adăugarea unor cantități mici de impurități la un semiconductor pur îi crește semnificativ capacitatea de a conduce electricitatea. Siliciul (Si) și germaniul (Ge) sunt semiconductorii cei mai utilizați în electronica modernă, iar electronii lor externi sunt patru. Când atomii de siliciu sau germaniu formează un cristal, atomii vecini interacționează unul cu celălalt, astfel încât electronii externi devin partajați de cei doi atomi, ceea ce formează structura de legătură covalentă în cristal, care este o structură moleculară cu o capacitate de constrângere redusă. La temperatura camerei (300K), excitația termică va face ca unii electroni externi să obțină suficientă energie pentru a se desprinde de legătura covalentă și a deveni electroni liberi, acest proces fiind numit excitație intrinsecă. După ce electronul este desprins și devine un electron liber, rămâne un loc vacant în legătura covalentă. Acest loc vacant se numește gol. Aspectul unei găuri este o caracteristică importantă care distinge un semiconductor de un conductor.

Când o cantitate mică de impuritate pentavalentă, cum ar fi fosforul, este adăugată semiconductorului intrinsec, acesta va avea un electron suplimentar după formarea unei legături covalente cu alți atomi semiconductori. Acest electron suplimentar necesită doar o energie foarte mică pentru a scăpa de legătură și a deveni un electron liber. Acest tip de semiconductor de impuritate se numește semiconductor electronic (semiconductor de tip N). Cu toate acestea, adăugarea unei cantități mici de impurități elementare trivalente (cum ar fi borul etc.) semiconductorului intrinsec, deoarece are doar trei electroni în stratul exterior, după formarea unei legături covalente cu atomii semiconductori din jur, va crea o vacanță în cristal. Acest tip de semiconductor de impuritate se numește semiconductor cu goluri (semiconductor de tip P). Când semiconductorii de tip N și de tip P sunt combinați, există o diferență în concentrația de electroni liberi și goluri la joncțiunea lor. Atât electronii, cât și golurile sunt difuzate către concentrația mai mică, lăsând în urmă ioni încărcați, dar imobili, care distrug neutralitatea electrică originală a regiunilor de tip N și de tip P. Aceste particule încărcate imobile sunt adesea numite sarcini spațiale și sunt concentrate în apropierea interfeței regiunilor N și P pentru a forma o regiune foarte subțire de sarcină spațială, cunoscută sub numele de joncțiune PN.

Când se aplică o tensiune de polarizare directă la ambele capete ale joncțiunii PN (tensiune pozitivă pe o parte a joncțiunii de tip P), golurile și electronii liberi se mișcă unul în jurul celuilalt, creând un câmp electric intern. Golurile nou injectate se recombină apoi cu electronii liberi, eliberând uneori exces de energie sub formă de fotoni, care este lumina pe care o vedem emisă de LED-uri. Un astfel de spectru este relativ îngust și, deoarece fiecare material are o bandă interzisă diferită, lungimile de undă ale fotonilor emiși sunt diferite, astfel încât culorile LED-urilor sunt determinate de materialele de bază utilizate.