Lysprinsippet til LED

Alledet oppladbare arbeidslyset, bærbar campinglampeogmultifunksjonell hodelyktBruk LED-pæretypen. For å forstå prinsippet bak LED-dioder, må du først forstå grunnleggende kunnskap om halvledere. De ledende egenskapene til halvledermaterialer ligger mellom ledere og isolatorer. Dens unike egenskaper er: Når halvlederen stimuleres av ytre lys- og varmeforhold, vil dens ledende evne endres betydelig; Å tilsette små mengder urenheter til en ren halvleder øker dens evne til å lede elektrisitet betydelig. Silisium (Si) og germanium (Ge) er de mest brukte halvlederne i moderne elektronikk, og deres ytre elektroner er fire. Når silisium- eller germaniumatomer danner en krystall, samhandler naboatomer med hverandre, slik at de ytre elektronene deles av de to atomene, som danner den kovalente bindingsstrukturen i krystallen, som er en molekylær struktur med liten begrensningsevne. Ved romtemperatur (300 K) vil termisk eksitasjon gjøre at noen ytre elektroner får nok energi til å bryte løs fra den kovalente bindingen og bli frie elektroner, denne prosessen kalles intrinsisk eksitasjon. Etter at elektronet er løst for å bli et fritt elektron, oppstår det en ledig plass i den kovalente bindingen. Denne ledigheten kalles et hull. Utseendet til et hull er en viktig egenskap som skiller en halvleder fra en leder.

Når en liten mengde femverdig urenhet, som fosfor, tilsettes den intrinsiske halvlederen, vil den ha et ekstra elektron etter å ha dannet en kovalent binding med andre halvlederatomer. Dette ekstra elektronet trenger bare svært lite energi for å kvitte seg med bindingen og bli et fritt elektron. Denne typen urenhetshalvleder kalles elektronisk halvleder (N-type halvleder). Men hvis man tilsetter en liten mengde treverdige elementære urenheter (som bor, osv.) til den intrinsiske halvlederen, fordi den bare har tre elektroner i det ytre laget, vil det etter å ha dannet en kovalent binding med de omkringliggende halvlederatomene skape en tomhet i krystallen. Denne typen urenhetshalvleder kalles hullhalvleder (P-type halvleder). Når N-type og P-type halvledere kombineres, er det en forskjell i konsentrasjonen av frie elektroner og hull i overgangen deres. Både elektroner og hull diffunderes mot den lavere konsentrasjonen, og etterlater ladede, men immobile ioner som ødelegger den opprinnelige elektriske nøytraliteten til N-type og P-type regionene. Disse immobile ladede partiklene kalles ofte romladninger, og de er konsentrert nær grenseflaten mellom N- og P-regionene for å danne et veldig tynt område med romladning, som er kjent som PN-overgangen.

Når en forspenning påføres begge ender av PN-overgangen (positiv spenning på den ene siden av P-typen), beveger hullene og de frie elektronene seg rundt hverandre og skaper et indre elektrisk felt. De nylig injiserte hullene rekombineres deretter med de frie elektronene, og frigjør noen ganger overflødig energi i form av fotoner, som er lyset vi ser sendes ut av LED-er. Et slikt spektrum er relativt smalt, og siden hvert materiale har et ulikt båndgap, er bølgelengdene til fotonene som sendes ut forskjellige, så fargene på LED-ene bestemmes av de grunnleggende materialene som brukes.