El díode emissor de llum és un díode especial. Igual que els díodes ordinaris, els díodes emissors de llum estan formats per xips semiconductors. Aquests materials semiconductors estan preimplantats o dopats per produir estructures p i n.
Com altres díodes, el corrent del díode emissor de llum pot fluir fàcilment des del pol p (ànode) al pol n (càtode), però no en sentit contrari. Dos portadors diferents: els forats i els electrons flueixen des dels elèctrodes a les estructures p i n sota diferents tensions d'elèctrodes. Quan els forats i els electrons es troben i es recombinen, els electrons cauen a un nivell d'energia inferior i alliberen energia en forma de fotons (els fotons són el que sovint anomenem llum).
La longitud d'ona (color) de la llum que emet està determinada per l'energia bandgap dels materials semiconductors que formen les estructures p i n.
Com que el silici i el germani són materials de banda intercalada indirecta, a temperatura ambient, la recombinació d'electrons i forats en aquests materials és una transició no radiativa. Aquestes transicions no alliberen fotons, sinó que converteixen l'energia en energia tèrmica. Per tant, els díodes de silici i germani no poden emetre llum (emetran llum a temperatures específiques molt baixes, que s'han de detectar en un angle especial, i la brillantor de la llum no és evident).
Els materials utilitzats en els díodes emissors de llum són tots materials de banda intercalada directa, de manera que l'energia s'allibera en forma de fotons. Aquestes energies de bandes prohibides corresponen a l'energia lluminosa de les bandes de l'infraroig proper, visible o ultraviolada.
Aquest model simula un LED que emet llum a la part infraroja de l'espectre electromagnètic.
En les primeres etapes del desenvolupament, els díodes emissors de llum que utilitzaven arsenur de gal·li (GaAs) només podien emetre llum infraroja o vermella. Amb l'avenç de la ciència dels materials, els díodes emissors de llum recentment desenvolupats poden emetre ones de llum amb freqüències cada cop més altes. Avui dia, es poden fabricar díodes emissors de llum de diversos colors.
Els díodes es construeixen normalment sobre un substrat de tipus N, amb una capa de semiconductor de tipus P dipositada a la seva superfície i connectada amb elèctrodes. Els substrats de tipus P són menys comuns, però també s'utilitzen. Molts díodes emissors de llum comercials, especialment GaN/InGaN, també utilitzen substrats de safir.
La majoria dels materials utilitzats per fer LED tenen índexs de refracció molt alts. Això significa que la majoria de les ones de llum es reflecteixen de nou al material a la interfície amb l'aire. Per tant, l'extracció d'ones de llum és un tema important per als LED, i molta investigació i desenvolupament se centra en aquest tema.
La principal diferència entre els LED (díodes emissors de llum) i els díodes ordinaris són els seus materials i estructura, la qual cosa comporta diferències significatives en la seva eficiència a l'hora de convertir l'energia elèctrica en energia lluminosa. Aquests són alguns punts clau per explicar per què els LED poden emetre llum i els díodes normals no:
Diferents materials:Els LED utilitzen materials semiconductors III-V com l'arsenur de gal·li (GaAs), el fosfur de gal·li (GaP), el nitrur de gal·li (GaN), etc. Aquests materials tenen una banda intercalada directa, permetent als electrons saltar directament i alliberar fotons (llum). Els díodes ordinaris solen utilitzar silici o germani, que tenen una banda intercalada indirecta, i el salt d'electrons es produeix principalment en forma d'alliberament d'energia tèrmica, en lloc de llum.
Estructura diferent:L'estructura dels LED està dissenyada per optimitzar la generació i emissió de llum. Els LED solen afegir dopants específics i estructures de capes a la unió pn per promoure la generació i l'alliberament de fotons. Els díodes ordinaris estan dissenyats per optimitzar la funció de rectificació del corrent i no se centren en la generació de llum.
Gap d'energia:El material del LED té una gran energia de banda intermitent, el que significa que l'energia alliberada pels electrons durant la transició és prou alta com per aparèixer en forma de llum. L'energia del bandgap material dels díodes ordinaris és petita i els electrons s'alliberen principalment en forma de calor quan fan la transició.
Mecanisme de luminescència:Quan la unió pn del LED està en biaix cap endavant, els electrons es mouen de la regió n a la regió p, es recombinen amb forats i alliberen energia en forma de fotons per generar llum. En els díodes ordinaris, la recombinació d'electrons i forats es fa principalment en forma de recombinació no radiativa, és a dir, l'energia s'allibera en forma de calor.
Aquestes diferències permeten als LED emetre llum quan treballen, mentre que els díodes normals no.
Aquest article prové d'Internet i els drets d'autor pertanyen a l'autor original
Hora de publicació: 01-agost-2024