اصل نورانی LED

همهچراغ کار قابل شارژ، چراغ کمپینگ قابل حملوچراغ جلو چند منظورهاز نوع لامپ LED استفاده کنید برای درک اصل دیود رهبری، ابتدا دانش اولیه نیمه هادی ها را درک کنید. خواص رسانایی مواد نیمه هادی بین هادی ها و عایق ها است. ویژگی های منحصر به فرد آن عبارتند از: هنگامی که نیمه هادی توسط شرایط نور و حرارت خارجی تحریک می شود، توانایی هدایت آن به طور قابل توجهی تغییر می کند. افزودن مقادیر کمی ناخالصی به یک نیمه هادی خالص به طور قابل توجهی توانایی آن را در هدایت الکتریسیته افزایش می دهد. سیلیکون (Si) و ژرمانیوم (Ge) رایج ترین نیمه هادی های مورد استفاده در الکترونیک مدرن هستند و الکترون های بیرونی آنها چهار عدد است. هنگامی که اتم های سیلیکون یا ژرمانیوم یک کریستال را تشکیل می دهند، اتم های همسایه با یکدیگر تعامل می کنند، به طوری که الکترون های بیرونی توسط دو اتم به اشتراک گذاشته می شوند، که ساختار پیوند کووالانسی را در کریستال تشکیل می دهد، که یک ساختار مولکولی با توانایی محدودیت کمی است. در دمای اتاق (300K)، تحریک حرارتی باعث می‌شود که برخی از الکترون‌های بیرونی انرژی کافی برای جدا شدن از پیوند کووالانسی و تبدیل شدن به الکترون‌های آزاد دریافت کنند، این فرآیند تحریک ذاتی نامیده می‌شود. پس از اینکه الکترون برای تبدیل شدن به یک الکترون آزاد ناپیوسته شد، جای خالی در پیوند کووالانسی باقی می ماند. به این جای خالی سوراخ می گویند. ظاهر یک سوراخ ویژگی مهمی است که نیمه هادی را از هادی متمایز می کند.

هنگامی که مقدار کمی ناخالصی پنج ظرفیتی مانند فسفر به نیمه هادی ذاتی اضافه شود، پس از تشکیل پیوند کووالانسی با سایر اتم های نیمه هادی، یک الکترون اضافی خواهد داشت. این الکترون اضافی فقط به انرژی بسیار کمی نیاز دارد تا از شر پیوند خلاص شود و به یک الکترون آزاد تبدیل شود. این نوع نیمه هادی ناخالصی، نیمه هادی الکترونیکی (نیمه هادی نوع N) نامیده می شود. با این حال، افزودن مقدار کمی ناخالصی های عنصری سه ظرفیتی (مانند بور و غیره) به نیمه هادی ذاتی، چون تنها سه الکترون در لایه بیرونی دارد، پس از تشکیل پیوند کووالانسی با اتم های نیمه هادی اطراف، جای خالی ایجاد می کند. در کریستال به این نوع نیمه هادی ناخالصی، نیمه هادی سوراخ (نیمه هادی نوع P) می گویند. هنگامی که نیمه هادی های نوع N و نوع P با هم ترکیب می شوند، تفاوتی در غلظت الکترون های آزاد و حفره ها در محل اتصال آنها وجود دارد. هم الکترون‌ها و هم حفره‌ها به سمت غلظت پایین‌تر پخش می‌شوند و یون‌های باردار اما بی‌حرکت را از خود به جای می‌گذارند که خنثی الکتریکی اصلی مناطق نوع N و P را از بین می‌برند. این ذرات باردار بی حرکت اغلب بارهای فضایی نامیده می شوند و در نزدیکی فصل مشترک مناطق N و P متمرکز می شوند تا ناحیه بسیار نازکی از بار فضایی را تشکیل دهند که به عنوان اتصال PN شناخته می شود.

هنگامی که یک ولتاژ بایاس رو به جلو به هر دو انتهای اتصال PN اعمال می شود (ولتاژ مثبت به یک طرف نوع P)، حفره ها و الکترون های آزاد در اطراف یکدیگر حرکت می کنند و یک میدان الکتریکی داخلی ایجاد می کنند. سپس سوراخ‌های تازه تزریق شده با الکترون‌های آزاد دوباره ترکیب می‌شوند و گاهی اوقات انرژی اضافی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند، که نوری است که ما می‌بینیم که توسط ledها ساطع می‌شود. چنین طیفی نسبتاً باریک است و از آنجایی که هر ماده دارای شکاف باند متفاوتی است، طول موج فوتون‌های ساطع شده متفاوت است، بنابراین رنگ‌های led بر اساس مواد اولیه مورد استفاده تعیین می‌شوند.