Световой принцип светодиода

ВсеПерезаряжаемый рабочий фонарь, переносной кемпинговый фонарьимногофункциональный налобный фонарьиспользуйте светодиодную лампу. Чтобы понять принцип работы диода, сначала ознакомьтесь с базовыми знаниями о полупроводниках. Проводящие свойства полупроводниковых материалов находятся между проводниками и изоляторами. Его уникальные особенности: когда полупроводник стимулируется внешним светом и тепловыми условиями, его проводящая способность значительно изменится; Добавление небольших количеств примесей к чистому полупроводнику значительно увеличивает его способность проводить электричество. Кремний (Si) и германий (Ge) являются наиболее часто используемыми полупроводниками в современной электронике, и их внешние электроны равны четырем. Когда атомы кремния или германия образуют кристалл, соседние атомы взаимодействуют друг с другом, так что внешние электроны становятся общими для двух атомов, что образует структуру ковалентной связи в кристалле, которая представляет собой молекулярную структуру с небольшой способностью к ограничению. При комнатной температуре (300 К) тепловое возбуждение заставит некоторые внешние электроны получить достаточно энергии, чтобы разорвать ковалентную связь и стать свободными электронами, этот процесс называется собственным возбуждением. После того, как электрон освобождается, чтобы стать свободным электроном, в ковалентной связи остается вакансия. Эта вакансия называется дыркой. Появление дырки является важной особенностью, отличающей полупроводник от проводника.

Когда небольшое количество пятивалентной примеси, такой как фосфор, добавляется к собственному полупроводнику, он будет иметь дополнительный электрон после образования ковалентной связи с другими атомами полупроводника. Этому дополнительному электрону требуется лишь очень небольшая энергия, чтобы избавиться от связи и стать свободным электроном. Этот вид примесного полупроводника называется электронным полупроводником (полупроводником N-типа). Однако добавление небольшого количества трехвалентных элементарных примесей (таких как бор и т. д.) к собственному полупроводнику, поскольку он имеет только три электрона во внешнем слое, после образования ковалентной связи с окружающими атомами полупроводника создаст вакансию в кристалле. Этот вид примесного полупроводника называется дырочным полупроводником (полупроводником P-типа). Когда объединяются полупроводники N-типа и P-типа, возникает разница в концентрации свободных электронов и дырок на их стыке. И электроны, и дырки диффундируют в сторону более низкой концентрации, оставляя заряженные, но неподвижные ионы, которые разрушают изначальную электрическую нейтральность областей N-типа и P-типа. Эти неподвижные заряженные частицы часто называют пространственными зарядами, и они концентрируются вблизи границы областей N и P, образуя очень тонкую область пространственного заряда, которая известна как PN-переход.

Когда к обоим концам PN-перехода приложено прямое смещающее напряжение (положительное напряжение к одной стороне P-типа), дырки и свободные электроны движутся вокруг друг друга, создавая внутреннее электрическое поле. Затем вновь инжектированные дырки рекомбинируют со свободными электронами, иногда высвобождая избыточную энергию в виде фотонов, что является светом, который мы видим, излучаемым светодиодами. Такой спектр относительно узкий, и поскольку каждый материал имеет различную ширину запрещенной зоны, длины волн излучаемых фотонов различны, поэтому цвета светодиодов определяются основными используемыми материалами.