YUANNENGJI Οι δίοδοι είναι μια από τις πιο κοινές συσκευές σε συσκευές ημιαγωγών. Οι περισσότεροι ημιαγωγοί είναι κατασκευασμένοι από ντοπαρισμένα υλικά ημιαγωγών (άτομα και άλλες ουσίες). Το υλικό αγωγού των LED είναι συνήθως αρσενίδιο αλουμινίου γαλλίου. Σε καθαρό αρσενίδιο αλουμινίου γαλλίου, όλα τα άτομα είναι τέλεια συνδεδεμένα με τους γείτονές τους, δεν αφήνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια για να συνδέσουν το ρεύμα.
Σε διόδους εκπομπής φωτός, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στα ψηφιακά ρολόγια, το μέγεθος του κενού καθορίζει τη συχνότητα των φωτονίων, με άλλα λόγια, το χρώμα του φωτός. Ενώ όλες οι δίοδοι εκπέμπουν φως, τα περισσότερα δεν είναι πολύ αποτελεσματικά. Σε συνηθισμένες διόδους, το ίδιο το ημιαγωγικό υλικό απορροφά πολύ από την φωτεινή ενέργεια και καταλήγει. Τα LED καλύπτονται με μια πλαστική λάμπα για να εστιάζουν το φως σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.
Μια μορφή φωτός που μπορεί να απελευθερωθεί από τα άτομα. Αποτελείται από πολλές μικροσκοπικές δέσμες που μοιάζουν με σωματίδια που έχουν ενέργεια και ορμή αλλά όχι μάζα. Αυτά τα σωματίδια ονομάζονται φωτόνια, που είναι οι πιο βασικές μονάδες φωτός. Τα φωτόνια απελευθερώνονται επειδή τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω. Σε άτομα, τα ηλεκτρόνια κινούνται σε τροχιές γύρω από το άτομο. Τα ηλεκτρόνια σε διαφορετικές τροχιές έχουν διαφορετικές ενέργειες. Γενικά μιλώντας, ηλεκτρόνια με μεγαλύτερη ενέργεια κινούνται σε τροχιές πιο μακριά από τον πυρήνα. Όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταπηδά από ένα χαμηλότερο τροχιακό σε ένα υψηλότερο τροχιακό, το επίπεδο ενέργειας αυξάνεται, και αντιστρόφως, όταν πέφτει από μια υψηλότερη τροχιακή συνάρτηση σε μια χαμηλότερη τροχιακή συνάρτηση, το ηλεκτρόνιο απελευθερώνει ενέργεια. Η ενέργεια απελευθερώνεται με τη μορφή φωτονίων. Οι πτώσεις υψηλότερης ενέργειας απελευθερώνουν φωτόνια υψηλότερης ενέργειας, που χαρακτηρίζονται από την υψηλή συχνότητά τους.
Ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο πέφτει από το στρώμα τύπου P μέσω της διόδου σε μια άδεια ηλεκτρονιακή οπή. Αυτό περιλαμβάνει πτώση από τη ζώνη αγωγιμότητας σε μια χαμηλότερη τροχιακή λειτουργία, έτσι το ηλεκτρόνιο απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή φωτονίου. Αυτό συμβαίνει σε οποιαδήποτε δίοδο, απλά βλέπετε τα φωτόνια όταν η δίοδος είναι κατασκευασμένη από συγκεκριμένο υλικό. Σε τυπική δίοδο πυριτίου, για παράδειγμα, τα άτομα είναι διατεταγμένα με τέτοιο τρόπο ώστε όταν το ηλεκτρόνιο πέφτει σε σχετικά μικρή απόσταση, τα άτομα είναι διατεταγμένα με τέτοιο τρόπο που το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να το δει επειδή η συχνότητα των ηλεκτρονίων είναι τόσο χαμηλή.
Τα LED έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους παραδοσιακούς λαμπτήρες πυρακτώσεως. Το πρώτο είναι ότι τα LED δεν έχουν νήμα για να καούν, έτσι διαρκούν περισσότερο. Επιπλέον, ο μικρός πλαστικός λαμπτήρας του LED κάνει το LED πιο ανθεκτικό. Μπορεί επίσης να τοποθετηθεί πιο εύκολα σε τρέχοντα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Η διαδικασία εκπομπής φωτός στους παραδοσιακούς λαμπτήρες πυρακτώσεως περιλαμβάνει την παραγωγή πολλής θερμότητας.
Αυτό είναι μια πλήρης σπατάλη ενέργειας. Εκτός αν χρησιμοποιείτε το φως ως θερμάστρα, Το μεγαλύτερο μέρος του ενεργού ρεύματος δεν περνά απευθείας στο ορατό φως. Τα LED εκπέμπουν πολύ λίγη θερμότητα, έτσι σχετικά, τόσο περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια που πηγαίνει απευθείας στο φως, τόσο λιγότερη ενέργεια χρειάζεται.
Για LED ορατού φωτός, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στα ψηφιακά ρολόγια, το μέγεθος του κενού καθορίζει τη συχνότητα των φωτονίων, ή με άλλα λόγια, το χρώμα του φωτός. Ενώ όλες οι δίοδοι εκπέμπουν φως, τα περισσότερα δεν είναι πολύ αποτελεσματικά. Σε συνηθισμένες διόδους, το ίδιο το ημιαγωγικό υλικό απορροφά μεγάλο μέρος της φωτεινής ενέργειας και καταλήγει. Τα LED καλύπτονται από μια πλαστική λάμπα που εστιάζει το φως σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.
Τα LED έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους παραδοσιακούς λαμπτήρες πυρακτώσεως. Το πρώτο είναι ότι τα LED δεν έχουν νήμα για να καούν, έτσι διαρκούν περισσότερο. Επιπλέον, ο μικρός πλαστικός λαμπτήρας των LED τα κάνει πιο ανθεκτικά. Μπορούν επίσης να τοποθετηθούν πιο εύκολα σε τρέχοντα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Η διαδικασία εκπομπής φωτός των παραδοσιακών λαμπτήρων πυρακτώσεως περιλαμβάνει την παραγωγή πολλής θερμότητας. Αυτό είναι μια πλήρης σπατάλη ενέργειας. Εκτός αν χρησιμοποιείτε το φως ως θερμάστρα, Το μεγαλύτερο μέρος του ενεργού ρεύματος δεν περνά απευθείας στο ορατό φως. Τα LED εκπέμπουν πολύ λίγη θερμότητα, και μιλώντας σχετικά, τόσο περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται απευθείας για το φως, τόσο λιγότερη ενέργεια χρειάζεται.
Μέχρι τώρα, Τα LED είναι πολύ ακριβά για τις περισσότερες εφαρμογές φωτισμού επειδή είναι κατασκευασμένα από προηγμένα υλικά ημιαγωγών. Η τιμή των συσκευών ημιαγωγών έχει μειωθεί σημαντικά στο παρελθόν 10 χρόνια, ωστόσο, καθιστώντας τα LED μια πιο οικονομική επιλογή φωτισμού για ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών. Στο εγγύς μέλλον, Τα LED θα παίξουν μεγαλύτερο ρόλο στην παγκόσμια τεχνολογία.
Μια δίοδος εκπομπής φωτός (LED) είναι μια πολωμένη προς τα εμπρός δίοδος σύνδεσης PN κατασκευασμένη από υλικά ημιαγωγών. Ο μηχανισμός εκπομπής φωτός του είναι ότι όταν εγχέεται ένα προς τα εμπρός ρεύμα και στα δύο άκρα της σύνδεσης PN, οι ενέσιμοι μη ισορροπημένοι φορείς (ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών) ανασυνδυάζονται και εκπέμπουν φως κατά τη διαδικασία διάχυσης. Αυτή η διαδικασία εκπομπής αντιστοιχεί κυρίως στη διαδικασία αυθόρμητης εκπομπής φωτός. Ανάλογα με τη θέση της εξόδου φωτός, Τα LED μπορούν να χωριστούν σε τύπο εκπομπής επιφάνειας και τύπο εκπομπής ακμών. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη λυχνία LED είναι η δίοδος εκπομπής φωτός διπλής ετεροσύνδεσης InGaAsP/InP.
Η αρχή εκπομπής φωτός των LED μπορεί επίσης να εξηγηθεί από τη δομή της ζώνης της διασταύρωσης PN. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή διόδων εκπομπής φωτός ημιαγωγών είναι πολύ ντοπαρισμένα. Σε κατάσταση θερμικής ισορροπίας, υπάρχουν πολλά ηλεκτρόνια με υψηλή κινητικότητα στην περιοχή Β, και υπάρχουν περισσότερες τρύπες με χαμηλή κινητικότητα στην περιοχή P. Λόγω του περιορισμού του στρώματος φραγμού σύνδεσης PN, τα δύο δεν μπορούν φυσικά να ανασυνδυαστούν υπό κανονικές συνθήκες. Όταν εφαρμόζεται τάση προς τα εμπρός στη διασταύρωση PN, τα ηλεκτρόνια στη ζώνη αγωγιμότητας της περιοχής αυλάκωσης μπορούν να ξεφύγουν από το φράγμα της ένωσης PN και να εισέλθουν στην περιοχή P. Επομένως, όταν τα ηλεκτρόνια στην κατάσταση υψηλής ενέργειας συναντούν τις οπές στην περιοχή της διασταύρωσης PN ελαφρώς προς την πλευρά της περιοχής P, εμφανίζεται ανασυνδυασμός φωταύγειας. Το φως που εκπέμπεται από αυτόν τον ανασυνδυασμό φωταύγειας ανήκει στην αυθόρμητη ακτινοβολία, και το μήκος κύματος του ακτινοβολούμενου φωτός καθορίζεται από το πλάτος διάκενου ζώνης Π.χ. του υλικού.
Οι δίοδοι εκπομπής φωτός έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα όπως η υψηλή αξιοπιστία, μακρύς συνεχής χρόνος εργασίας σε θερμοκρασία δωματίου, και καλή γραμμικότητα οπτικής ισχύος-ρεύματος. Εξάλλου, δεδομένου ότι αυτή η τεχνολογία έχει αναπτυχθεί σε σχετικά ώριμο επίπεδο, η τιμή του είναι πολύ φθηνή. Επομένως, στο σχεδιασμό κάποιων απλών αισθητήρων οπτικών ινών, αν LED είναι αρμόδιος, Η επιλογή του ως πηγής φωτός μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος ολόκληρου του αισθητήρα. Ωστόσο, ο μηχανισμός φωταύγειας του LED καθορίζει ότι έχει πολλές ελλείψεις, όπως χαμηλή ισχύς εξόδου, μεγάλη γωνία εκπομπής, εύρος φασματικής γραμμής, και χαμηλή ταχύτητα απόκρισης. Επομένως, στο σχεδιασμό ορισμένων αισθητήρων που απαιτούν υψηλή ισχύ, γρήγορος ρυθμός διαμόρφωσης, και καλή μονοχρωματικότητα, άλλες πηγές φωτός υψηλότερης απόδοσης πρέπει να επιλέγονται με κόστος αύξησης του κόστους.
Λόγω του διαφορετικού πλάτους διάκενου ζώνης διαφορετικών υλικών, Οι δίοδοι εκπομπής φωτός από διαφορετικά υλικά μπορούν να εκπέμπουν φως διαφορετικού μήκους κύματος. Επιπλέον, ορισμένα υλικά έχουν διαφορετικά συστατικά και ντόπινγκ, για παράδειγμα, μερικά έχουν πολύ περίπλοκες δομές μπάντας, και αντίστοιχη ακτινοβολία έμμεσης μετάπτωσης, και τα λοιπά., οπότε υπάρχουν διάφορες δίοδοι εκπομπής φωτός.