Святлодыёд - гэта спецыяльны дыёд. Як і звычайныя дыёды, святлодыёды складаюцца з паўправадніковых мікрасхем. Гэтыя паўправадніковыя матэрыялы папярэдне імплантуюць або легіруюць для атрымання p і n структур.
Як і ў іншых дыёдах, ток у святловыпрамяняльным дыёдзе можа лёгка цячы ад р-полюса (анода) да n-полюса (катода), але не ў процілеглым кірунку. Два розныя носьбіты: дзіркі і электроны цякуць ад электродаў да p- і n-структур пад рознымі напругамі на электродах. Калі дзіркі і электроны сустракаюцца і рэкамбінуюць, электроны апускаюцца на больш нізкі энергетычны ўзровень і вызваляюць энергію ў выглядзе фатонаў (фатоны - гэта тое, што мы часта называем святлом).
Даўжыня хвалі (колер) святла, якое ён выпраменьвае, вызначаецца энергіяй забароненай зоны паўправадніковых матэрыялаў, якія складаюць структуры p і n.
Паколькі крэмній і германій з'яўляюцца матэрыяламі з ускоснай зачыненай зонай, пры пакаёвай тэмпературы рэкамбінацыя электронаў і дзірак у гэтых матэрыялах з'яўляецца безвыпраменьвальным пераходам. Такія пераходы не вызваляюць фатоны, а ператвараюць энергію ў цеплавую. Такім чынам, крамянёвыя і германіевыя дыёды не могуць выпраменьваць святло (яны будуць выпраменьваць святло пры вельмі нізкіх спецыфічных тэмпературах, якія павінны быць выяўлены пад асаблівым вуглом, і яркасць святла не відавочная).
Матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца ў святловыпрамяняльных дыёдах, з'яўляюцца прамазоннымі, таму энергія вылучаецца ў выглядзе фатонаў. Гэтыя энергіі забароненай зоны адпавядаюць энергіі святла ў блізкім інфрачырвоным, бачным або блізкім да ультрафіялетавага дыяпазонах.
Гэтая мадэль імітуе святлодыёд, які выпраменьвае святло ў інфрачырвонай частцы электрамагнітнага спектру.
На ранніх стадыях распрацоўкі святлодыёды з выкарыстаннем арсеніду галію (GaAs) маглі выпраменьваць толькі інфрачырвонае або чырвонае святло. З развіццём матэрыялазнаўства новыя святлодыёды могуць выпраменьваць светлавыя хвалі з усё большымі і больш высокімі частотамі. Сёння можна вырабляць святлодыёды розных колераў.
Дыёды звычайна пабудаваны на падкладцы N-тыпу, са слоем паўправадніка P-тыпу, нанесеным на яе паверхню і злучаным разам з электродамі. Падкладкі Р-тыпу сустракаюцца радзей, але таксама выкарыстоўваюцца. Многія камерцыйныя святлодыёды, асабліва GaN/InGaN, таксама выкарыстоўваюць сапфіравыя падкладкі.
Большасць матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца для вытворчасці святлодыёдаў, маюць вельмі высокія паказчыкі праламлення. Гэта азначае, што большая частка светлавых хваль адлюстроўваецца назад у матэрыял на мяжы падзелу з паветрам. Такім чынам, выманне светлавой хвалі з'яўляецца важнай тэмай для святлодыёдаў, і на гэтай тэме сканцэнтравана шмат даследаванняў і распрацовак.
Асноўнае адрозненне святлодыёдаў (святлавыпрамяняльных дыёдаў) ад звычайных дыёдаў заключаецца ў іх матэрыялах і структуры, што прыводзіць да істотных адрозненняў у іх эфектыўнасці пры пераўтварэнні электрычнай энергіі ў светлавую. Вось некалькі ключавых момантаў, якія тлумачаць, чаму святлодыёды могуць выпраменьваць святло, а звычайныя дыёды не могуць:
Розныя матэрыялы:У святлодыёдах выкарыстоўваюцца паўправадніковыя матэрыялы III-V, такія як арсенід галію (GaAs), фасфід галію (GaP), нітрыд галію (GaN) і г. д. Гэтыя матэрыялы маюць прамую забароненую зону, што дазваляе электронам непасрэдна скакаць і выпускаць фатоны (святло). У звычайных дыёдах звычайна выкарыстоўваецца крэмній або германій, якія маюць непрамую забароненую зону, і скачок электронаў у асноўным адбываецца ў выглядзе выдзялення цеплавой энергіі, а не святла.
Розная структура:Структура святлодыёдаў прызначана для аптымізацыі генерацыі і выпраменьвання святла. Святлодыёды звычайна дадаюць спецыяльныя легіруючыя рэчывы і слаёвыя структуры на pn-пераходзе, каб спрыяць генерацыі і вызваленню фатонаў. Звычайныя дыёды прызначаны для аптымізацыі функцыі выпрамлення току і не сканцэнтраваны на генерацыі святла.
Энергетычны зазор:Матэрыял святлодыёда мае вялікую энергію забароненай зоны, што азначае, што энергія, якая выдзяляецца электронамі падчас пераходу, дастаткова высокая, каб з'явіцца ў выглядзе святла. Энергія забароненай зоны матэрыялу звычайных дыёдаў малая, і пры пераходзе электроны ў асноўным вылучаюцца ў выглядзе цяпла.
Механізм люмінесцэнцыі:Калі pn-пераход святлодыёда знаходзіцца пад прамым зрушэннем, электроны перамяшчаюцца з вобласці n у вобласць p, рэкамбінуюць з дзіркамі і вызваляюць энергію ў выглядзе фатонаў для генерацыі святла. У звычайных дыёдах рэкамбінацыя электронаў і дзірак адбываецца ў асноўным у выглядзе безвыпраменьвальнай рэкамбінацыі, гэта значыць энергія вылучаецца ў выглядзе цяпла.
Гэтыя адрозненні дазваляюць святлодыёдам выпраменьваць святло пры працы, у той час як звычайныя дыёды не могуць.
Гэты артыкул узяты з Інтэрнэту, і аўтарскія правы належаць першапачатковаму аўтару
Час публікацыі: 1 жніўня 2024 г