Принцип работы светодиода

ВсеПерезаряжаемый рабочий фонарь. портативный кемпинговый фонарьимногофункциональная фараДля понимания принципа работы светодиода необходимо сначала разобраться в основных понятиях полупроводников. Проводящие свойства полупроводниковых материалов находятся между свойствами проводников и изоляторов. Их уникальные особенности заключаются в следующем: при воздействии внешнего света и тепла проводимость полупроводника значительно изменяется; добавление небольшого количества примесей к чистому полупроводнику значительно увеличивает его способность проводить электричество. Кремний (Si) и германий (Ge) являются наиболее часто используемыми полупроводниками в современной электронике, и у них четыре внешних электрона. Когда атомы кремния или германия образуют кристалл, соседние атомы взаимодействуют друг с другом, так что внешние электроны распределяются между двумя атомами, образуя ковалентную связь в кристалле, которая представляет собой молекулярную структуру с низкой степенью ограничения. При комнатной температуре (300 К) тепловое возбуждение заставляет некоторые внешние электроны получить достаточно энергии, чтобы разорвать ковалентную связь и стать свободными электронами; этот процесс называется внутренним возбуждением. После того, как электрон освобождается и становится свободным, в ковалентной связи остается вакансия. Эта вакансия называется дыркой. Наличие дырки — важная характеристика, отличающая полупроводник от проводника.

При добавлении небольшого количества пятивалентной примеси, такой как фосфор, к собственному полупроводнику, он приобретает дополнительный электрон после образования ковалентной связи с другими атомами полупроводника. Для того чтобы этот дополнительный электрон разорвал связь и стал свободным электроном, требуется лишь очень небольшая энергия. Такой примесный полупроводник называется электронным полупроводником (полупроводник N-типа). Однако добавление небольшого количества трехвалентных элементарных примесей (таких как бор и др.) к собственному полупроводнику, поскольку он имеет только три электрона во внешнем слое, после образования ковалентной связи с окружающими атомами полупроводника создаст вакансию в кристалле. Такой примесный полупроводник называется дырочным полупроводником (полупроводник P-типа). При соединении полупроводников N-типа и P-типа возникает разница в концентрации свободных электронов и дырок на границе раздела. И электроны, и дырки диффундируют в сторону более низкой концентрации, оставляя заряженные, но неподвижные ионы, которые разрушают исходную электрическую нейтральность областей N-типа и P-типа. Эти неподвижные заряженные частицы часто называют пространственными зарядами, и они концентрируются вблизи границы раздела N- и P-областей, образуя очень тонкую область пространственного заряда, известную как PN-переход.

Когда к обоим концам PN-перехода прикладывается напряжение прямого смещения (положительное напряжение на одной стороне P-типа), дырки и свободные электроны движутся друг вокруг друга, создавая внутреннее электрическое поле. Затем вновь инжектированные дырки рекомбинируют со свободными электронами, иногда высвобождая избыточную энергию в виде фотонов, которые и представляют собой свет, излучаемый светодиодами. Такой спектр относительно узок, и поскольку каждый материал имеет разную ширину запрещенной зоны, длины волн излучаемых фотонов различны, поэтому цвет светодиодов определяется используемыми основными материалами.