LEDin valovoimainen periaate

Kaikkiladattava työvalo, kannettava retkeilyvalojamonitoiminen ajovalaisinKäytä LED-lampputyyppiä. Ymmärtääksesi diodi-LEDin periaatteen, sinun on ensin ymmärrettävä puolijohteiden perustiedot. Puolijohdemateriaalien johtavuusominaisuudet ovat johtimien ja eristeiden välissä. Sen ainutlaatuisia ominaisuuksia ovat: kun puolijohdetta stimuloidaan ulkoisella valolla ja lämmöllä, sen johtavuuskyky muuttuu merkittävästi; Pienten määrien epäpuhtauksien lisääminen puhtaaseen puolijohteeseen lisää merkittävästi sen kykyä johtaa sähköä. Pii (Si) ja germanium (Ge) ovat yleisimmin käytettyjä puolijohteita modernissa elektroniikassa, ja niiden ulommat elektronit ovat neljä. Kun pii- tai germaniumatomit muodostavat kiteen, vierekkäiset atomit vuorovaikuttavat keskenään, jolloin ulommat elektronit jaetaan kahden atomin kesken, mikä muodostaa kovalenttisen sidoksen rakenteen kiteessä, joka on molekyylirakenne, jolla on vähän rajoitteita. Huoneenlämmössä (300 K) terminen heräte saa jotkut ulommat elektronit saamaan tarpeeksi energiaa irtautuakseen kovalenttisesta sidoksesta ja tullakseen vapaiksi elektroneiksi. Tätä prosessia kutsutaan sisäiseksi herätteeksi. Kun elektroni irtoaa ja muuttuu vapaaksi elektroniksi, kovalenttiseen sidokseen jää tyhjä paikka. Tätä tyhjää paikkaa kutsutaan aukoksi. Reiän ulkonäkö on tärkeä ominaisuus, joka erottaa puolijohteen johtimesta.

Kun pieni määrä viisiarvoista epäpuhtautta, kuten fosforia, lisätään luontaiseen puolijohteeseen, se saa ylimääräisen elektronin muodostettuaan kovalenttisen sidoksen muiden puolijohdeatomien kanssa. Tämä ylimääräinen elektroni tarvitsee vain hyvin pienen energian päästäkseen eroon sidoksesta ja muuttuakseen vapaaksi elektroniksi. Tällaista epäpuhtauspuolijohdetta kutsutaan elektronipuolijohteeksi (N-tyypin puolijohde). Kuitenkin, kun luontaiseen puolijohteeseen lisätään pieni määrä kolmiarvoisia alkuaineepäpuhtauksia (kuten booria jne.), koska sen ulkokerroksessa on vain kolme elektronia, se luo tyhjän paikan muodostettuaan kovalenttisen sidoksen ympäröivien puolijohdeatomien kanssa. Tällaista epäpuhtauspuolijohdetta kutsutaan aukkopuolijohteeksi (P-tyypin puolijohde). Kun N- ja P-tyypin puolijohteet yhdistetään, vapaiden elektronien ja aukkojen pitoisuuksissa niiden liitoskohdissa on ero. Sekä elektronit että aukot diffundoituvat kohti pienempää pitoisuutta, jättäen jälkeensä varautuneita, mutta liikkumattomia ioneja, jotka tuhoavat N- ja P-tyypin alueiden alkuperäisen sähköisen neutraalisuuden. Näitä liikkumattomia varattuja hiukkasia kutsutaan usein avaruusvarauksiksi, ja ne keskittyvät lähelle N- ja P-alueiden rajapintaa muodostaen hyvin ohuen avaruusvarausalueen, joka tunnetaan PN-liitoksena.

Kun PN-liitoksen molempiin päihin kohdistetaan eteenpäin suuntautuva esijännite (positiivinen jännite P-tyypin toiselle puolelle), reiät ja vapaat elektronit liikkuvat toistensa ympäri luoden sisäisen sähkökentän. Uudet injektoidut reiät yhdistyvät sitten uudelleen vapaiden elektronien kanssa, jolloin joskus vapautuu ylimääräistä energiaa fotonien muodossa, joka on ledien lähettämää valoa. Tällainen spektri on suhteellisen kapea, ja koska jokaisella materiaalilla on erilainen energiaväli, emittoituneiden fotonien aallonpituudet ovat erilaisia, joten ledien värit määräytyvät käytettyjen perusmateriaalien mukaan.