LED ለምን ብርሃን ሊፈነጥቅ ይችላል?

ብርሃን-አመንጪ diode ልዩ ዳዮድ ነው. ልክ እንደ ተራ ዳዮዶች፣ ብርሃን አመንጪ ዳዮዶች ሴሚኮንዳክተር ቺፖችን ያቀፈ ነው። እነዚህ ሴሚኮንዳክተር ቁሶች p እና n አወቃቀሮችን ለማምረት በቅድሚያ ተተክለዋል ወይም ዶፔድ ናቸው።

ልክ እንደሌሎች ዳዮዶች, በብርሃን አመንጪ ዲዲዮ ውስጥ ያለው አሁኑ ከፒ ፖል (አኖድ) ወደ n ምሰሶ (ካቶድ) በቀላሉ ሊፈስ ይችላል, ግን በተቃራኒው አቅጣጫ አይደለም. ሁለት የተለያዩ ተሸካሚዎች-ቀዳዳዎች እና ኤሌክትሮኖች ከኤሌክትሮዶች ወደ ፒ እና n አወቃቀሮች በተለያዩ ኤሌክትሮዶች ቮልቴጅ ውስጥ ይፈስሳሉ. ቀዳዳዎች እና ኤሌክትሮኖች ሲገናኙ እና እንደገና ሲዋሃዱ ኤሌክትሮኖች ወደ ዝቅተኛ የኃይል ደረጃ ይወድቃሉ እና ኃይልን በፎቶኖች መልክ ይለቃሉ (ፎቶዎች ብዙውን ጊዜ ብርሃን የምንላቸው ናቸው)።

የሚፈነጥቀው የብርሃን የሞገድ ርዝመት (ቀለም) የሚወሰነው በ p እና n አወቃቀሮች ውስጥ በሚገኙ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች ባንድጋፕ ኃይል ነው.

ሲሊኮን እና ጀርመኒየም በተዘዋዋሪ የባንድጋፕ ቁሳቁሶች በመሆናቸው በክፍል ሙቀት ውስጥ ኤሌክትሮኖች እና በእነዚህ ቁሳቁሶች ውስጥ ያሉ ቀዳዳዎች እንደገና መቀላቀል የጨረር ያልሆነ ሽግግር ነው. እንደነዚህ ያሉት ሽግግሮች ፎቶን አይለቀቁም, ነገር ግን ኃይልን ወደ ሙቀት ኃይል ይለውጣሉ. ስለዚህ የሲሊኮን እና ጀርመኒየም ዳዮዶች ብርሃንን ማመንጨት አይችሉም (በጣም ዝቅተኛ በሆነ የሙቀት መጠን ብርሃን ያመነጫሉ, ይህም በልዩ ማዕዘን ላይ መታየት አለበት, እና የብርሃኑ ብሩህነት ግልጽ አይደለም).

በብርሃን አመንጪ ዳዮዶች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉት ቁሳቁሶች ሁሉም ቀጥተኛ ባንድጋፕ ቁሳቁሶች ናቸው, ስለዚህ ጉልበቱ በፎቶኖች መልክ ይለቀቃል. እነዚህ የተከለከሉ የባንድ ኢነርጂዎች ከኢንፍራሬድ፣ ከሚታየው ወይም ከአልትራቫዮሌት ባንዶች አጠገብ ካለው የብርሃን ኃይል ጋር ይዛመዳሉ።

ይህ ሞዴል በኤሌክትሮማግኔቲክ ስፔክትረም ኢንፍራሬድ ክፍል ውስጥ ብርሃን የሚያመነጭ LEDን ያስመስላል።

በመጀመሪያዎቹ የእድገት ደረጃዎች ጋሊየም አርሴንዲድ (GaAs) በመጠቀም ብርሃን-አመንጪ ዳዮዶች ኢንፍራሬድ ወይም ቀይ ብርሃን ብቻ ሊያመነጩ ይችላሉ። በቁሳቁስ ሳይንስ እድገት አዲስ የተሻሻሉ ብርሃን-አመንጪ ዳዮዶች የብርሃን ሞገዶችን ከፍ ባለ እና ከፍ ባለ ድግግሞሽ ሊያመነጩ ይችላሉ። ዛሬ, የተለያየ ቀለም ያላቸው ብርሃን ሰጪ ዳዮዶች ሊሠሩ ይችላሉ.

ዳዮዶች አብዛኛውን ጊዜ የሚገነቡት በኤን-አይነት ወለል ላይ ሲሆን የፒ-አይነት ሴሚኮንዳክተር ሽፋን በላዩ ላይ ተቀምጦ ከኤሌክትሮዶች ጋር ይገናኛል። P-type substrates ብዙም ያልተለመዱ ናቸው, ግን ጥቅም ላይ ይውላሉ. ብዙ የንግድ ብርሃን-አመንጪ ዳዮዶች፣ በተለይም ጋኤን/ኢንጋኤን፣ እንዲሁም የሳፋየር ንብረቶችን ይጠቀማሉ።

ኤልኢዲዎችን ለመሥራት የሚያገለግሉት አብዛኛዎቹ ቁሳቁሶች በጣም ከፍተኛ የማጣቀሻ ኢንዴክሶች አሏቸው። ይህ ማለት አብዛኛው የብርሃን ሞገዶች ከአየር ጋር ባለው መገናኛ ውስጥ ወደ ቁሳቁስ ተመልሰው ይንፀባርቃሉ. ስለዚህ የብርሃን ሞገድ ማውጣት ለ LEDs ጠቃሚ ርዕስ ነው, እና ብዙ ምርምር እና ልማት በዚህ ርዕስ ላይ ያተኮረ ነው.

በኤልኢዲዎች (ብርሃን አመንጪ ዳዮዶች) እና ተራ ዳዮዶች መካከል ያለው ዋናው ልዩነት ቁሳቁሶቻቸው እና አወቃቀራቸው ሲሆን ይህም የኤሌክትሪክ ሃይልን ወደ ብርሃን ሃይል በመቀየር ውጤታቸው ላይ ከፍተኛ ልዩነት እንዲኖር ያደርጋል። LEDs ለምን ብርሃን እንደሚያመነጩ እና ተራ ዳዮዶች እንደማይችሉ ለማብራራት አንዳንድ ቁልፍ ነጥቦች እዚህ አሉ።

የተለያዩ ቁሳቁሶች;ኤልኢዲዎች የ III-V ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶችን ለምሳሌ ጋሊየም አርሴናይድ (ጋኤኤስ)፣ ጋሊየም ፎስፋይድ (ጋፒ)፣ ጋሊየም ኒትራይድ (ጋኤን) ወዘተ ይጠቀማሉ። ተራ ዳዮዶች በአብዛኛው ሲሊኮን ወይም ጀርመኒየም ይጠቀማሉ፣ እነሱም በተዘዋዋሪ የባንዳ ክፍተት አላቸው፣ እና የኤሌክትሮን ዝላይ በዋነኝነት የሚከሰተው ከብርሃን ይልቅ በሙቀት ኃይል መለቀቅ ነው።

የተለያየ መዋቅር;የ LEDs መዋቅር የብርሃን ማመንጨት እና ልቀትን ለማመቻቸት የተነደፈ ነው. ኤልኢዲዎች የፎቶኖችን ማመንጨት እና መለቀቅን ለማስተዋወቅ በpn መስቀለኛ መንገድ ላይ የተወሰኑ ዶፓንቶችን እና የንብርብር አወቃቀሮችን ይጨምራሉ። ተራ ዳዮዶች የአሁኑን የማረም ተግባር ለማመቻቸት የተነደፉ ናቸው እና በብርሃን መፈጠር ላይ አያተኩሩም።

የኢነርጂ ማሰሪያየ LED ቁሳቁስ ትልቅ የባንድጋፕ ሃይል አለው, ይህ ማለት በኤሌክትሮኖች በሽግግሩ ወቅት የሚለቀቁት ሃይል በብርሃን መልክ ለመታየት በቂ ነው. ተራ ዳዮዶች ያለው ቁሳዊ bandgap ኃይል ትንሽ ነው, እና ኤሌክትሮኖች በሚሸጋገሩበት ጊዜ በዋነኝነት ሙቀት መልክ ይለቀቃሉ.

የማብራት ዘዴ;የ LED pn መጋጠሚያ ወደፊት አድልዎ ስር በሚሆንበት ጊዜ ኤሌክትሮኖች ከ n ክልል ወደ ፒ ክልል ይንቀሳቀሳሉ, ከጉድጓዶች ጋር ይቀላቀላሉ እና ብርሃን ለማመንጨት ኃይልን በፎቶኖች መልክ ይለቃሉ. በተራ ዳዮዶች ውስጥ የኤሌክትሮኖች እና ጉድጓዶች እንደገና ማዋሃድ በዋነኛነት በጨረር-አልባ ድጋሚ ውህደት ውስጥ ነው ፣ ማለትም ፣ ኃይል በሙቀት መልክ ይወጣል።

እነዚህ ልዩነቶች ኤልኢዲዎች በሚሠሩበት ጊዜ ብርሃን እንዲያወጡ ያስችላቸዋል, ተራ ዳዮዶች ግን አይችሉም.

ይህ መጣጥፍ ከበይነመረቡ የመጣ ሲሆን የቅጂ መብቱ የዋናው ደራሲ ነው።