Šviesos diodų šviesos principas

Visiįkraunamas darbo žibintas, nešiojamas kempingo žibintasirdaugiafunkcis priekinis žibintasNaudokite LED lemputės tipą. Norėdami suprasti diodinio LED principą, pirmiausia turite suprasti pagrindines puslaidininkių žinias. Puslaidininkinių medžiagų laidumo savybės yra tarp laidininkų ir izoliatorių. Unikalios jų savybės: kai puslaidininkį stimuliuoja išorinė šviesa ir šiluma, jo laidumo gebėjimas žymiai pasikeičia; pridėjus nedidelį kiekį priemaišų į gryną puslaidininkį, jo gebėjimas praleisti elektrą žymiai padidėja. Silicis (Si) ir germanis (Ge) yra dažniausiai šiuolaikinėje elektronikoje naudojami puslaidininkiai, o jų išoriniai elektronai yra keturi. Kai silicio arba germanio atomai sudaro kristalą, gretimi atomai sąveikauja tarpusavyje, todėl išoriniai elektronai tampa bendri dviem atomams, o tai sudaro kovalentinio ryšio struktūrą kristale, kuri yra molekulinė struktūra su mažu apribojimų gebėjimu. Kambario temperatūroje (300 K) dėl terminio sužadinimo kai kurie išoriniai elektronai įgis pakankamai energijos, kad atsiskirtų nuo kovalentinio ryšio ir taptų laisvaisiais elektronais, šis procesas vadinamas vidiniu sužadinimu. Kai elektronas atsijungia ir tampa laisvu elektronu, kovalentiniame ryšyje lieka laisva vieta. Ši laisva vieta vadinama skyle. Skylės išvaizda yra svarbi savybė, skirianti puslaidininkį nuo laidininko.

Kai prie vidinio puslaidininkio pridedama nedidelė penkiavalentės priemaišos, tokios kaip fosforas, jis, sudaręs kovalentinį ryšį su kitais puslaidininkio atomais, turės papildomą elektroną. Šiam papildomam elektronui reikia labai mažai energijos, kad atsikratytų ryšio ir taptų laisvu elektronu. Šis priemaišų puslaidininkis vadinamas elektroniniu puslaidininkiu (N tipo puslaidininkis). Tačiau pridėjus nedidelį kiekį trivalenčių elementinių priemaišų (pvz., boro ir kt.), prie vidinio puslaidininkio, nes išoriniame sluoksnyje yra tik trys elektronai, po kovalentinio ryšio su aplinkiniais puslaidininkio atomais susidarys laisva vieta kristale. Šis priemaišų puslaidininkis vadinamas skyliniu puslaidininkiu (P tipo puslaidininkis). Sujungus N ir P tipo puslaidininkius, jų sandūroje skiriasi laisvųjų elektronų ir skylių koncentracija. Tiek elektronai, tiek skylės difunduoja link mažesnės koncentracijos, palikdami įkrautus, bet nejudančius jonus, kurie sunaikina pradinį N ir P tipo sričių elektrinį neutralumą. Šios nejudančios įkrautos dalelės dažnai vadinamos erdviniais krūviais ir yra sutelktos netoli N ir P sričių sąsajos, sudarydamos labai ploną erdvinio krūvio sritį, kuri vadinama PN sandūra.

Kai abiem PN sandūros galams taikoma tiesioginė poslinkio įtampa (teigiama įtampa vienoje P tipo sandūros pusėje), skylės ir laisvieji elektronai juda vienas aplink kitą, sukurdami vidinį elektrinį lauką. Naujai įšvirkštos skylės tada rekombinuoja su laisvaisiais elektronais, kartais išskirdamos perteklinę energiją fotonų pavidalu, kurie yra šviesa, kurią matome skleidžiant šviesos diodams. Toks spektras yra gana siauras, o kadangi kiekviena medžiaga turi skirtingą draudžiamąją juostą, skleidžiamų fotonų bangos ilgiai yra skirtingi, todėl šviesos diodų spalvas lemia naudojamos pagrindinės medžiagos.