دیود ساطع نور یک دیود خاص است. مانند دیودهای معمولی، دیودهای ساطع نور از تراشه های نیمه هادی تشکیل شده اند. این مواد نیمه هادی برای تولید ساختارهای p و n از قبل کاشته یا دوپ شده اند.
مانند سایر دیودها، جریان در دیود ساطع کننده نور می تواند به راحتی از قطب p (آند) به قطب n (کاتد) جریان یابد، اما نه در جهت مخالف. دو حامل مختلف: حفره ها و الکترون ها از الکترودها به ساختارهای p و n تحت ولتاژ الکترودهای مختلف جریان می یابند. هنگامی که حفره ها و الکترون ها به هم می رسند و دوباره ترکیب می شوند، الکترون ها به سطح انرژی پایین تری سقوط می کنند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می کنند (فوتون ها همان چیزی هستند که ما اغلب نور می نامیم).
طول موج (رنگ) نوری که ساطع می کند توسط انرژی باند گپ مواد نیمه هادی که ساختارهای p و n را تشکیل می دهند تعیین می شود.
از آنجایی که سیلیکون و ژرمانیوم مواد غیرمستقیم باند شکاف هستند، در دمای اتاق، نوترکیب الکترون ها و حفره ها در این مواد یک انتقال غیر تابشی است. چنین انتقالی فوتون ها را آزاد نمی کند، بلکه انرژی را به انرژی گرمایی تبدیل می کند. بنابراین دیودهای سیلیکون و ژرمانیوم نمی توانند نور ساطع کنند (در دماهای خاص بسیار پایین نور ساطع می کنند که باید در زاویه خاصی تشخیص داده شود و روشنایی نور مشخص نیست).
موادی که در دیودهای ساطع کننده نور استفاده می شوند، همگی مواد باند گپ مستقیم هستند، بنابراین انرژی به صورت فوتون آزاد می شود. این انرژی های نوار ممنوعه با انرژی نور در نوارهای نزدیک به فروسرخ، مرئی یا نزدیک به فرابنفش مطابقت دارد.
این مدل یک LED را شبیه سازی می کند که نور را در قسمت مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی ساطع می کند.
در مراحل اولیه توسعه، دیودهای ساطع کننده نور با استفاده از آرسنید گالیم (GaAs) فقط می توانستند نور مادون قرمز یا قرمز ساطع کنند. با پیشرفت علم مواد، دیودهای ساطع نور جدید توسعه یافته می توانند امواج نوری را با فرکانس های بالاتر و بالاتر ساطع کنند. امروزه می توان دیودهای ساطع کننده نور با رنگ های مختلف ساخت.
دیودها معمولاً بر روی یک زیرلایه نوع N ساخته می شوند و لایه ای از نیمه هادی نوع P بر روی سطح آن قرار گرفته و با الکترودها به هم متصل می شوند. بسترهای نوع P کمتر رایج هستند، اما از آنها نیز استفاده می شود. بسیاری از دیودهای ساطع کننده نور تجاری، به ویژه GaN/InGaN، از بسترهای یاقوت کبود نیز استفاده می کنند.
بیشتر موادی که برای ساخت ال ای دی ها استفاده می شوند دارای ضریب شکست بسیار بالایی هستند. این بدان معنی است که بیشتر امواج نور به مواد در سطح مشترک با هوا منعکس می شوند. بنابراین استخراج امواج نور موضوع مهمی برای ال ای دی ها است و تحقیقات و توسعه زیادی روی این موضوع متمرکز شده است.
تفاوت اصلی LED ها (دیودهای ساطع کننده نور) با دیودهای معمولی در مواد و ساختار آنهاست که منجر به تفاوت قابل توجهی در کارایی آنها در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی نوری می شود. در اینجا چند نکته کلیدی وجود دارد که توضیح می دهد چرا LED ها می توانند نور ساطع کنند و دیودهای معمولی نمی توانند:
مواد مختلف:ال ای دی ها از مواد نیمه هادی III-V مانند آرسنید گالیم (GaAs)، فسفید گالیم (GaP)، نیترید گالیم (GaN) و غیره استفاده می کنند. این مواد دارای یک شکاف باند مستقیم هستند که به الکترون ها اجازه می دهد مستقیماً بپرند و فوتون ها (نور) را آزاد کنند. دیودهای معمولی معمولاً از سیلیکون یا ژرمانیوم استفاده می کنند که دارای شکاف باند غیرمستقیم هستند و پرش الکترون عمدتاً به شکل آزاد شدن انرژی گرمایی رخ می دهد تا نور.
ساختار متفاوت:ساختار LED ها برای بهینه سازی تولید و انتشار نور طراحی شده است. LED ها معمولاً مواد ناخالص و ساختارهای لایه خاصی را در محل اتصال pn اضافه می کنند تا تولید و آزادسازی فوتون ها را افزایش دهند. دیودهای معمولی برای بهینه سازی عملکرد یکسوسازی جریان طراحی شده اند و بر تولید نور تمرکز ندارند.
شکاف انرژی:مواد LED دارای انرژی bandgap بزرگی است، به این معنی که انرژی آزاد شده توسط الکترون ها در طول انتقال به اندازه کافی زیاد است که به شکل نور ظاهر شود. انرژی شکاف باند مادی دیودهای معمولی کم است و الکترون ها عمدتاً به شکل گرما در هنگام انتقال آزاد می شوند.
مکانیسم لومینسانس:هنگامی که اتصال pn LED تحت بایاس رو به جلو باشد، الکترون ها از ناحیه n به ناحیه p حرکت می کنند، با حفره ها ترکیب می شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می کنند تا نور تولید کنند. در دیودهای معمولی، نوترکیبی الکترون ها و حفره ها عمدتاً به صورت نوترکیبی غیر تشعشعی است، یعنی انرژی به صورت گرما آزاد می شود.
این تفاوت ها باعث می شود که LED ها هنگام کار نور ساطع کنند، در حالی که دیودهای معمولی نمی توانند.
این مقاله از اینترنت می آید و حق چاپ متعلق به نویسنده اصلی است
زمان ارسال: آگوست-01-2024