YUANNENGJI Diodele sunt unul dintre cele mai comune dispozitive în dispozitivele semiconductoare. Majoritatea semiconductoarelor sunt fabricate din materiale semiconductoare dopate (atomi și alte substanțe). Materialul conductor al LED-urilor este de obicei arseniura de galiu aluminiu. În arseniură pură de galiu aluminiu, toți atomii sunt legați perfect de vecinii lor, fără a lăsa electroni liberi pentru a conecta curentul.
În diode emițătoare de lumină, precum cele folosite la ceasurile digitale, dimensiunea decalajului determină frecvența fotonilor, cu alte cuvinte, culoarea luminii. În timp ce toate diodele emit lumină, majoritatea nu sunt foarte eficiente. În diode obișnuite, materialul semiconductor însuși absoarbe multă energie luminoasă și ajunge. LED-urile sunt acoperite cu un bec de plastic pentru a focaliza lumina într-o anumită direcție.
O formă de lumină care poate fi eliberată de atomi. Este compus din multe mănunchiuri mici, asemănătoare particulelor, care au energie și impuls, dar fără masă. Aceste particule se numesc fotoni, care sunt cele mai elementare unități de lumină. Fotonii sunt eliberați deoarece electronii se mișcă. În atomi, electronii se deplasează pe orbite în jurul atomului. Electronii de pe orbite diferite au energii diferite. În general vorbind, electronii cu energie mai mare se deplasează pe orbite mai îndepărtate de nucleu. Când un electron sare de la un orbital inferior la un orbital superior, nivelul de energie crește, și invers, când scade de la o funcție orbitală superioară la o funcție orbitală inferioară, electronul eliberează energie. Energia este eliberată sub formă de fotoni. Picăturile de energie mai mare eliberează fotoni de energie mai mare, care se caracterizează prin frecvenţa lor ridicată.
Un electron liber cade din stratul de tip P prin diodă într-o gaură de electroni goală. Aceasta implică căderea de la banda de conducere la o funcție orbitală inferioară, deci electronul eliberează energie sub formă de foton. Acest lucru se întâmplă în orice diodă, vedeți fotonii doar când dioda este făcută dintr-un anumit material. Într-o diodă de siliciu standard, de exemplu, atomii sunt aranjați în așa fel încât atunci când electronul cade pe o distanță relativ scurtă, atomii sunt aranjați în așa fel încât ochiul uman să nu-l vadă deoarece frecvența electronilor este atât de scăzută.
LED-urile au mai multe avantaje față de becurile cu incandescență tradiționale. Primul este că LED-urile nu au filament pentru a se arde, deci rezista mai mult. În plus, becul mic de plastic al LED-ului face LED-ul mai durabil. De asemenea, poate fi montat mai ușor în circuitele electronice curente. Procesul de emitere a luminii în becurile tradiționale cu incandescență presupune generarea de multă căldură.
Aceasta este o risipă completă de energie. Doar dacă nu folosești lumina ca încălzitor, cea mai mare parte a curentului efectiv nu intră direct în lumina vizibilă. LED-urile emit foarte puțină căldură, deci relativ vorbind, cu atât mai multă electricitate care intră direct în lumină, cu atât este nevoie de mai puțină energie.
Pentru LED-uri cu lumină vizibilă, precum cele folosite la ceasurile digitale, dimensiunea decalajului determină frecvența fotonilor, sau cu alte cuvinte, culoarea luminii. În timp ce toate diodele emit lumină, majoritatea nu sunt foarte eficiente. În diode obișnuite, materialul semiconductor însuși absoarbe o mare parte din energia luminii și ajunge. LED-urile sunt acoperite de un bec din plastic care concentrează lumina într-o direcție specifică.
LED-urile au mai multe avantaje față de becurile cu incandescență tradiționale. Primul este că LED-urile nu au filament pentru a se arde, deci rezista mai mult. În plus, becul mic de plastic al LED-urilor le face mai durabile. De asemenea, pot fi montate mai ușor în circuitele electronice curente. Procesul de emisie de lumină al lămpilor cu incandescență tradiționale implică generarea de multă căldură. Aceasta este o risipă completă de energie. Doar dacă nu folosești lumina ca încălzitor, cea mai mare parte a curentului efectiv nu intră direct în lumina vizibilă. LED-urile emit foarte puțină căldură, și relativ vorbind, cu atât mai multă electricitate care este folosită direct pentru lumină, cu atât este nevoie de mai puțină energie.
Până acum, LED-urile au fost prea scumpe pentru majoritatea aplicațiilor de iluminat, deoarece sunt fabricate din materiale semiconductoare avansate. Prețul dispozitivelor semiconductoare a scăzut semnificativ în trecut 10 Ani, cu toate acestea, făcând LED-urile o opțiune de iluminare mai rentabilă pentru o gamă mai largă de aplicații. În viitorul apropiat, LED-urile vor juca un rol mai important în tehnologia mondială.
O diodă emițătoare de lumină (LED) este o diodă de joncțiune PN polarizată direct realizată din materiale semiconductoare. Mecanismul său emițător de lumină este că atunci când un curent direct este injectat la ambele capete ale joncțiunii PN, purtătorii dezechilibrat injectați (perechi electron-gaură) recombină și emit lumină în timpul procesului de difuzie. Acest proces de emisie corespunde în principal procesului de emisie spontană a luminii. În funcție de locația ieșirii luminii, LED-urile pot fi împărțite în tip de emisie de suprafață și tip de emisie de margine. LED-ul cel mai des folosit este dioda emițătoare de lumină InGaAsP/InP cu dublă heterojuncție..
Principiul emițător de lumină al LED-urilor poate fi explicat și prin structura de bandă a joncțiunii PN. Materialele utilizate pentru fabricarea diodelor emițătoare de lumină semiconductoare sunt puternic dopate. În stare de echilibru termic, există mulți electroni cu mobilitate mare în regiunea N, și există mai multe găuri cu mobilitate redusă în regiunea P. Datorită limitării stratului de barieră de joncțiune PN, cele două nu se pot recombina în mod natural în condiții normale. Când se aplică o tensiune directă la joncțiunea PN, electronii din banda de conducere a regiunii caneluri pot scăpa de bariera joncțiunii PN și pot intra în regiunea P. Prin urmare, atunci când electronii în starea de înaltă energie se întâlnesc cu găurile din vecinătatea joncțiunii PN ușor pe partea regiunii P, are loc recombinarea luminiscenței. Lumina emisă de această recombinare a luminiscenței aparține radiațiilor spontane, iar lungimea de undă a luminii radiate este determinată de lățimea benzii interzise Eg a materialului.
Diodele emițătoare de lumină au avantaje semnificative, cum ar fi fiabilitatea ridicată, timp lung de lucru continuu la temperatura camerei, și o bună liniaritate optică putere-curent. În plus, întrucât această tehnologie a fost dezvoltată la un nivel relativ matur, pretul lui este foarte ieftin. Prin urmare, în proiectarea unor senzori simpli de fibră optică, dacă LED este competent, alegerea acesteia ca sursă de lumină poate reduce foarte mult costul întregului senzor. Însă, mecanismul de luminescență al LED-ului determină că are multe neajunsuri, cum ar fi puterea de ieșire scăzută, unghi mare de emisie, lățimea liniei spectrale, și viteză scăzută de răspuns. Prin urmare, în proiectarea unor senzori care necesită putere mare, rata de modulație rapidă, și monocromaticitate bună, alte surse de lumină de performanță superioară trebuie selectate cu prețul creșterii costurilor.
Datorită diferitelor lățimi de bandă ale diferitelor materiale, Diodele emițătoare de lumină din diferite materiale pot emite lumină de lungimi de undă diferite. În plus, unele materiale au componente diferite și dopaj, de exemplu, unele au structuri de bandă foarte complexe, și radiația de tranziție indirectă corespunzătoare, etc., deci există diverse diode emițătoare de lumină.