Световой принцип светодиода

ВсеПерезаряжаемый рабочий фонарь, портативный кемпинговый фонарьимногофункциональный налобный фонарьИспользуйте светодиодную лампу. Чтобы понять принцип работы диода, необходимо сначала ознакомиться с основами полупроводников. Проводящие свойства полупроводниковых материалов находятся между проводниками и изоляторами. Их уникальные особенности таковы: при воздействии на полупроводник внешнего света и тепла его проводящая способность значительно изменяется; 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, 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 формирует ковалентную связь в кристалле – молекулярную структуру с низкой способностью к связыванию. При комнатной температуре (300 К) тепловое возбуждение позволяет некоторым внешним электронам получить достаточно энергии, чтобы разорвать ковалентную связь и стать свободными электронами. Этот процесс называется собственным возбуждением. После того, как электрон освобождается и становится свободным, в ковалентной связи остается вакансия. Эта вакансия называется дыркой. Появление дырки — важный признак, отличающий полупроводник от проводника.

При добавлении небольшого количества пятивалентной примеси, например, фосфора, к собственному полупроводнику, после образования ковалентной связи с другими атомами полупроводника, у него появится дополнительный электрон. Для разрыва связи и превращения этого дополнительного электрона в свободный электрон требуется совсем немного энергии. Такой примесный полупроводник называется электронным полупроводником (полупроводником N-типа). Однако добавление небольшого количества трёхвалентных примесей (например, бора и т. д.) к собственному полупроводнику, поскольку во внешнем слое у него всего три электрона, после образования ковалентной связи с окружающими атомами полупроводника создаст вакансию в кристалле. Такой примесный полупроводник называется дырочным полупроводником (полупроводником P-типа). При смешивании полупроводников N- и P-типа возникает разница в концентрации свободных электронов и дырок в их стыке. Как электроны, так и дырки диффундируют в сторону меньшей концентрации, оставляя заряженные, но неподвижные ионы, которые нарушают исходную электронейтральность областей N- 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.

При подаче прямого напряжения смещения на оба конца p-n-перехода (положительное напряжение на одну сторону p-перехода) дырки и свободные электроны движутся друг вокруг друга, создавая внутреннее электрическое поле. Вновь инжектированные дырки затем рекомбинируют со свободными электронами, иногда высвобождая избыточную энергию в виде фотонов, что и является светом, излучаемым светодиодами. Этот спектр относительно узкий, и, поскольку каждый материал имеет различную ширину запрещённой зоны, длины волн излучаемых фотонов различаются, поэтому цвет светодиодов определяется используемыми базовыми материалами.