Lichtgevende diode is een speciale diode. Net als gewone diodes zijn lichtgevende diodes samengesteld uit halfgeleiderchips. Deze halfgeleidermaterialen zijn vooraf geïmplanteerd of gedoteerd om p- en n-structuren te produceren.
Net als bij andere diodes kan de stroom in de lichtgevende diode gemakkelijk van de p-pool (anode) naar de n-pool (kathode) vloeien, maar niet in de tegenovergestelde richting. Twee verschillende dragers: gaten en elektronen stromen van de elektroden naar de p- en n-structuren onder verschillende elektrodespanningen. Wanneer gaten en elektronen elkaar ontmoeten en opnieuw combineren, vallen de elektronen naar een lager energieniveau en geven ze energie vrij in de vorm van fotonen (fotonen noemen we vaak licht).
De golflengte (kleur) van het licht dat het uitzendt, wordt bepaald door de bandgap-energie van de halfgeleidermaterialen waaruit de p- en n-structuren bestaan.
Omdat silicium en germanium materialen met indirecte bandgap zijn, is de recombinatie van elektronen en gaten in deze materialen bij kamertemperatuur een niet-stralingsovergang. Bij dergelijke transities komen geen fotonen vrij, maar wordt energie omgezet in warmte-energie. Daarom kunnen silicium- en germaniumdiodes geen licht uitstralen (ze zullen licht uitstralen bij zeer lage specifieke temperaturen, die onder een speciale hoek moeten worden gedetecteerd, en de helderheid van het licht is niet duidelijk).
De materialen die in lichtgevende diodes worden gebruikt, zijn allemaal materialen met een directe bandgap, dus de energie komt vrij in de vorm van fotonen. Deze verboden bandenergieën komen overeen met de lichtenergie in de nabij-infrarode, zichtbare of bijna-ultraviolette banden.
Dit model simuleert een LED die licht uitzendt in het infrarode deel van het elektromagnetische spectrum.
In de vroege ontwikkelingsstadia konden lichtgevende diodes die galliumarsenide (GaAs) gebruikten, alleen infrarood of rood licht uitstralen. Met de vooruitgang van de materiaalkunde kunnen nieuw ontwikkelde lichtgevende diodes lichtgolven met steeds hogere frequenties uitzenden. Tegenwoordig kunnen lichtgevende diodes van verschillende kleuren worden gemaakt.
Diodes worden gewoonlijk geconstrueerd op een N-type substraat, waarbij een laag P-type halfgeleider op het oppervlak is afgezet en met elektroden is verbonden. P-type substraten komen minder vaak voor, maar worden ook gebruikt. Veel commerciële lichtgevende diodes, vooral GaN/InGaN, gebruiken ook saffiersubstraten.
De meeste materialen die worden gebruikt om LED's te maken, hebben zeer hoge brekingsindices. Dit betekent dat de meeste lichtgolven worden teruggekaatst in het materiaal op het grensvlak met de lucht. Daarom is lichtgolfextractie een belangrijk onderwerp voor LED's, en veel onderzoek en ontwikkeling is op dit onderwerp gericht.
Het belangrijkste verschil tussen LED's (lichtgevende diodes) en gewone diodes zijn hun materialen en structuur, wat leidt tot aanzienlijke verschillen in hun efficiëntie bij het omzetten van elektrische energie in lichtenergie. Hier zijn enkele belangrijke punten om uit te leggen waarom LED's licht kunnen uitstralen en gewone diodes niet:
Verschillende materialen:LED's gebruiken III-V-halfgeleidermaterialen zoals galliumarsenide (GaAs), galliumfosfide (GaP), galliumnitride (GaN), enz. Deze materialen hebben een directe bandafstand, waardoor elektronen direct kunnen springen en fotonen (licht) vrijgeven. Gewone diodes gebruiken meestal silicium of germanium, die een indirecte bandafstand hebben, en de elektronensprong vindt voornamelijk plaats in de vorm van het vrijkomen van warmte-energie, in plaats van licht.
Verschillende structuur:De structuur van LED's is ontworpen om de lichtopwekking en emissie te optimaliseren. LED's voegen gewoonlijk specifieke doteermiddelen en laagstructuren toe aan de pn-overgang om het genereren en vrijgeven van fotonen te bevorderen. Gewone diodes zijn ontworpen om de gelijkrichtfunctie van stroom te optimaliseren en richten zich niet op het genereren van licht.
Energiebandafstand:Het materiaal van de LED heeft een grote bandgap-energie, wat betekent dat de energie die vrijkomt door de elektronen tijdens de overgang hoog genoeg is om in de vorm van licht te verschijnen. De materiële bandgap-energie van gewone diodes is klein en de elektronen komen bij de overgang voornamelijk vrij in de vorm van warmte.
Luminescentiemechanisme:Wanneer de pn-overgang van de LED onder voorwaartse voorspanning staat, bewegen elektronen van het n-gebied naar het p-gebied, recombineren ze met gaten en geven ze energie vrij in de vorm van fotonen om licht te genereren. In gewone diodes vindt de recombinatie van elektronen en gaten voornamelijk plaats in de vorm van niet-stralingsrecombinatie, dat wil zeggen dat de energie vrijkomt in de vorm van warmte.
Door deze verschillen kunnen LED's tijdens hun werking licht uitstralen, terwijl gewone diodes dat niet kunnen.
Dit artikel komt van internet en het auteursrecht behoort toe aan de oorspronkelijke auteur
Posttijd: 01 augustus 2024