YUANNENGJI Dioodid on pooljuhtseadmetes üks levinumaid seadmeid. Enamik pooljuhte on valmistatud legeeritud pooljuhtmaterjalidest (aatomid ja muud ained). LED-ide juhtmaterjaliks on tavaliselt galliumalumiiniumarseniid. Puhtas galliumalumiiniumarseniidis, kõik aatomid on oma naabritega täiuslikult seotud, jätmata vabu elektrone voolu ühendamiseks.
Valgusdioodides, nagu need, mida kasutatakse digitaalkellades, pilu suurus määrab footonite sageduse, teisisõnu, valguse värv. Kuigi kõik dioodid kiirgavad valgust, enamik pole eriti tõhusad. Tavalistes dioodides, pooljuhtmaterjal ise neelab palju valgusenergiat ja lõpetab. Valgusdioodid on kaetud plastikust pirniga, et fokusseerida valgust kindlas suunas.
Valguse vorm, mida aatomid võivad vabastada. See koosneb paljudest pisikestest osakestetaolistest kimpudest, millel on energiat ja hoogu, kuid puudub mass. Neid osakesi nimetatakse footoniteks, mis on valguse kõige põhilisemad ühikud. Footonid vabanevad, kuna elektronid liiguvad ringi. Aatomites, elektronid liiguvad orbiitidel ümber aatomi. Erinevatel orbiitidel olevatel elektronidel on erinev energia. Üldiselt öeldes, suurema energiaga elektronid liiguvad tuumast kaugemal asuvatel orbiitidel. Kui elektron hüppab madalamalt orbitaalilt kõrgemale, energiatase tõuseb, ja vastupidi, kui see langeb kõrgemalt orbitaalfunktsioonilt madalamale orbiidifunktsioonile, elektron vabastab energiat. Energia vabaneb footonite kujul. Kõrgema energiaga tilgad vabastavad suurema energiaga footonid, mida iseloomustab nende kõrge sagedus.
Vaba elektron langeb P-tüüpi kihist läbi dioodi tühja elektroni auku. See hõlmab juhtivusribalt langemist madalamale orbitaalfunktsioonile, nii vabastab elektron energiat footoni kujul. See juhtub igas dioodis, sa lihtsalt näed footoneid, kui diood on valmistatud teatud materjalist. Tavalises ränidioodis, näiteks, aatomid on paigutatud nii, et kui elektron langeb suhteliselt lühikese vahemaa tagant, aatomid on paigutatud nii, et inimsilm seda ei näe, kuna elektronide sagedus on nii madal.
LED-idel on traditsiooniliste hõõglampide ees mitmeid eeliseid. Esimene on see, et LED-idel pole hõõgniiti, mida läbi põleda, nii et need kestavad kauem. Lisaks, LED-i väike plastikust pirn muudab LED-i vastupidavamaks. Seda saab hõlpsamini paigaldada ka praegustesse elektroonilistesse vooluringidesse. Traditsioonilistes hõõglampides valguse kiirgamise protsess hõlmab palju soojust.
See on täielik energia raiskamine. Kui just valgust küttekehana ei kasuta, suurem osa efektiivsest voolust ei lähe otse nähtavale valgusele. LED-id eraldavad väga vähe soojust, nii suhteliselt, seda rohkem elektrit läheb otse valgusesse, seda vähem energiat on vaja.
Nähtava valguse LED-ide jaoks, nagu need, mida kasutatakse digitaalkellades, pilu suurus määrab footonite sageduse, või teisisõnu, valguse värv. Kuigi kõik dioodid kiirgavad valgust, enamik pole eriti tõhusad. Tavalistes dioodides, pooljuhtmaterjal ise neelab suure osa valgusenergiast ja lõpetab. LEDid on kaetud plastikust pirniga, mis fokusseerib valguse kindlas suunas.
LED-idel on traditsiooniliste hõõglampide ees mitmeid eeliseid. Esimene on see, et LED-idel pole hõõgniiti, mida läbi põleda, nii et need kestavad kauem. Lisaks, LED-ide väike plastikust pirn muudab need vastupidavamaks. Neid saab hõlpsamini paigaldada ka praegustesse elektroonilistesse vooluringidesse. Traditsiooniliste hõõglampide valgust kiirgav protsess hõlmab palju soojust. See on täielik energia raiskamine. Kui just valgust küttekehana ei kasuta, suurem osa efektiivsest voolust ei lähe otse nähtavale valgusele. LED-id eraldavad väga vähe soojust, ja suhteliselt, seda rohkem elektrit kasutatakse otse valguse jaoks, seda vähem energiat on vaja.
Siiani, LED-id on enamiku valgustusrakenduste jaoks olnud liiga kallid, kuna need on valmistatud täiustatud pooljuhtmaterjalidest. Pooljuhtseadmete hind on varem oluliselt langenud 10 aastat, siiski, muutes LED-id kulutõhusamaks valgustusvõimaluseks laiema valiku rakenduste jaoks. Lähitulevikus, LED-id mängivad maailma tehnoloogias suuremat rolli.
Valgusdiood (LED) on pooljuhtmaterjalidest päripingega PN-siirdediood. Selle valgust kiirgav mehhanism seisneb selles, et kui PN-siirde mõlemasse otsa suunatakse pärivool, süstitud tasakaalustamata kandjad (elektron-augu paarid) rekombineeruvad ja kiirgavad difusiooniprotsessi käigus valgust. See emissiooniprotsess vastab peamiselt valguse spontaansele emissiooniprotsessile. Olenevalt valgusväljundi asukohast, LED-id saab jagada pinnakiirguse tüübiks ja servakiirguse tüübiks. Kõige sagedamini kasutatav LED on InGaAsP/InP topelt heterosiirde serva valgusdiood.
LED-ide valgust kiirgav põhimõte on seletatav ka PN-ristmiku ribastruktuuriga. Pooljuhtvalgusdioodide valmistamiseks kasutatavad materjalid on tugevalt legeeritud. Termilise tasakaalu olekus, N-piirkonnas on palju suure liikuvusega elektrone, ja P-piirkonnas on rohkem väikese liikuvusega auke. PN-ühenduse tõkkekihi piirangu tõttu, need kaks ei saa normaalsetes tingimustes loomulikul teel rekombineeruda. Kui PN-siirdele suunatakse päripinge, soonepiirkonna juhtivusribas olevad elektronid võivad pääseda PN-siirde barjäärist ja siseneda P-piirkonda. Seetõttu, kui suure energiaga olekus elektronid kohtuvad PN-siirde läheduses asuvate aukudega veidi P-piirkonna poole, toimub luminestsentsi rekombinatsioon. Selle luminestsentsi rekombinatsiooni kiirgav valgus kuulub spontaanse kiirguse hulka, ja kiiratava valguse lainepikkuse määrab materjali ribalaius Eg.
Valgusdioodidel on olulisi eeliseid, nagu kõrge töökindlus, pikk pidev tööaeg toatemperatuuril, ja hea optilise toite-voolu lineaarsus. Pealegi, kuna see tehnoloogia on arendatud suhteliselt küpsele tasemele, selle hind on väga odav. Seetõttu, mõne lihtsa kiudoptilise anduri konstrueerimisel, kui LED on pädev, selle valgusallikaks valimine võib oluliselt vähendada kogu anduri maksumust. Siiski, LED-i luminestsentsmehhanism määrab, et sellel on palju puudusi, nagu madal väljundvõimsus, suur emissiooninurk, spektrijoone laius, ja madal reageerimiskiirus. Seetõttu, mõnede suurt võimsust nõudvate andurite projekteerimisel, kiire modulatsioonikiirus, ja hea monokromaatilisus, muud suurema jõudlusega valgusallikad tuleb valida kasvavate kulude arvelt.
Erinevate materjalide erineva ribalaiuse tõttu, erinevatest materjalidest valgusdioodid võivad kiirata erineva lainepikkusega valgust. Lisaks, mõnel materjalil on erinevad komponendid ja doping, näiteks, mõnel on väga keerulised bändistruktuurid, ja vastav kaudne siirdekiirgus, jne., seega on erinevaid valgusdioode.