YUANNENGJI Dioder er en af de mest almindelige enheder i halvlederenheder. De fleste halvledere er lavet af doterede halvledermaterialer (atomer og andre stoffer). Ledermaterialet i LED'er er normalt galliumaluminiumarsenid. I ren galliumaluminiumarsenid, alle atomer er perfekt bundet til deres naboer, efterlader ingen frie elektroner til at forbinde strømmen.
I lysdioder, som dem, der bruges i digitale ure, størrelsen af mellemrummet bestemmer frekvensen af fotonerne, med andre ord, lysets farve. Mens alle dioder udsender lys, de fleste er ikke særlig effektive. I almindelige dioder, selve halvledermaterialet absorberer meget af lysenergien og ender. LED'er er dækket af en plastikpære for at fokusere lyset i en bestemt retning.
En form for lys, der kan frigives af atomer. Det er sammensat af mange bittesmå partikellignende bundter, der har energi og momentum, men ingen masse. Disse partikler kaldes fotoner, som er de mest basale lysenheder. Fotoner frigives, fordi elektroner bevæger sig rundt. I atomer, elektroner bevæger sig i kredsløb omkring atomet. Elektroner i forskellige baner har forskellige energier. Generelt set, elektroner med større energi bevæger sig i baner længere væk fra kernen. Når en elektron hopper fra en lavere orbital til en højere orbital, energiniveauet stiger, og omvendt, når den falder fra en højere orbitalfunktion til en lavere orbitalfunktion, elektronen frigiver energi. Energien frigives i form af fotoner. Højere energidråber frigiver højere energifotoner, som er kendetegnet ved deres høje frekvens.
En fri elektron falder fra P-typelaget gennem dioden ind i et tomt elektronhul. Dette involverer fald fra ledningsbåndet til en lavere orbitalfunktion, så elektronen frigiver energi i form af en foton. Dette sker i enhver diode, man ser bare fotonerne, når dioden er lavet af et bestemt materiale. I en standard silicium diode, f.eks, atomerne er arrangeret sådan, at når elektronen falder over en forholdsvis kort afstand, atomerne er arrangeret på en sådan måde, at det menneskelige øje ikke kan se det, fordi elektronfrekvensen er så lav.
LED'er har flere fordele i forhold til traditionelle glødepærer. Den første er, at LED'er ikke har nogen glødetråd til at brænde ud, så holder de længere. Derudover, LED'ens lille plastikpære gør LED'en mere holdbar. Det kan også lettere monteres i nuværende elektroniske kredsløb. Processen med at udsende lys i traditionelle glødepærer involverer generering af meget varme.
Dette er totalt spild af energi. Medmindre du bruger lyset som varmelegeme, det meste af den effektive strøm går ikke direkte ind i synligt lys. LED'er udsender meget lidt varme, så relativt set, jo mere elektricitet, der går direkte ind i lyset, jo mindre energi er der brug for.
Til lysdioder til synligt lys, som dem, der bruges i digitale ure, størrelsen af mellemrummet bestemmer frekvensen af fotonerne, eller med andre ord, lysets farve. Mens alle dioder udsender lys, de fleste er ikke særlig effektive. I almindelige dioder, selve halvledermaterialet absorberer meget af lysenergien og ender. LED'er er dækket af en plastikpære, der fokuserer lyset i en bestemt retning.
LED'er har flere fordele i forhold til traditionelle glødepærer. Den første er, at LED'er ikke har nogen glødetråd til at brænde ud, så holder de længere. Derudover, den lille plastikpære af LED'er gør dem mere holdbare. De kan også lettere monteres i nuværende elektroniske kredsløb. Den lysemitterende proces af traditionelle glødelamper involverer generering af meget varme. Dette er totalt spild af energi. Medmindre du bruger lyset som varmelegeme, det meste af den effektive strøm går ikke direkte ind i synligt lys. LED'er udsender meget lidt varme, og relativt set, jo mere strøm bruges direkte til lys, jo mindre energi er der brug for.
Indtil nu, LED'er har været for dyre til de fleste belysningsapplikationer, fordi de er lavet af avancerede halvledermaterialer. Prisen på halvlederenheder er faldet betydeligt tidligere 10 år, imidlertid, gør LED'er til en mere omkostningseffektiv belysningsmulighed til en bredere vifte af applikationer. I den nærmeste fremtid, LED'er vil spille en større rolle i verdens teknologi.
En lysemitterende diode (LED) er en fremadrettet PN junction diode lavet af halvledermaterialer. Dens lysemitterende mekanisme er, at når en fremadgående strøm injiceres i begge ender af PN-forbindelsen, de injicerede ubalancerede bærere (elektron-hul-par) rekombinere og udsende lys under diffusionsprocessen. Denne emissionsproces svarer hovedsageligt til den spontane emissionsproces af lys. Afhængig af placeringen af lysudgangen, LED'er kan opdeles i overfladeemissionstype og kantemissionstype. Den mest almindeligt anvendte LED er InGaAsP/InP dobbelt heterojunction kant lysemitterende diode.
Det lysemitterende princip for LED'er kan også forklares med PN-forbindelsens båndstruktur. Materialerne, der bruges til at fremstille lysemitterende halvlederdioder, er stærkt dopede. I den termiske ligevægtstilstand, der er mange elektroner med høj mobilitet i N-regionen, og der er flere huller med lav mobilitet i P-regionen. På grund af begrænsningen af PN-junction barrierelaget, de to kan ikke naturligt rekombinere under normale forhold. Når en fremadgående spænding påføres PN-forbindelsen, elektronerne i ledningsbåndet i rilleområdet kan undslippe barrieren af PN-forbindelsen og komme ind i P-området. Derfor, når elektronerne i højenergitilstand møder hullerne i nærheden af PN-krydset lidt til siden af P-området, luminescensrekombination forekommer. Lyset, der udsendes af denne luminescensrekombination, tilhører spontan stråling, og bølgelængden af det udstrålede lys bestemmes af båndgabets bredde f.eks. af materialet.
Lysemitterende dioder har betydelige fordele, såsom høj pålidelighed, lang kontinuerlig arbejdstid ved stuetemperatur, og god optisk strøm-strøm linearitet. Desuden, da denne teknologi er udviklet til et relativt modent niveau, dens pris er meget billig. Derfor, i designet af nogle simple optiske fibersensorer, hvis LED er kompetent, at vælge den som lyskilde kan i høj grad reducere prisen på hele sensoren. Imidlertid, luminescensmekanismen af LED bestemmer, at den har mange mangler, såsom lav udgangseffekt, stor emissionsvinkel, spektral linjebredde, og lav responshastighed. Derfor, i designet af nogle sensorer, der kræver høj effekt, hurtig modulationshastighed, og god monokromaticitet, andre lyskilder med højere ydeevne skal vælges på bekostning af stigende omkostninger.
På grund af de forskellige båndgab-bredder af forskellige materialer, lysemitterende dioder lavet af forskellige materialer kan udsende lys med forskellige bølgelængder. Derudover, nogle materialer har forskellige komponenter og doping, f.eks, nogle har meget komplekse båndstrukturer, og tilsvarende indirekte overgangsstråling, osv., så der er forskellige lysdioder.