Diod pemancar cahaya ialah diod khas. Seperti diod biasa, diod pemancar cahaya terdiri daripada cip semikonduktor. Bahan semikonduktor ini dipraimplan atau didop untuk menghasilkan struktur p dan n.
Seperti diod lain, arus dalam diod pemancar cahaya boleh mengalir dengan mudah dari kutub p (anod) ke kutub n (katod), tetapi tidak ke arah yang bertentangan. Dua pembawa berbeza: lubang dan elektron mengalir dari elektrod ke struktur p dan n di bawah voltan elektrod yang berbeza. Apabila lubang dan elektron bertemu dan bergabung semula, elektron jatuh ke tahap tenaga yang lebih rendah dan membebaskan tenaga dalam bentuk foton (foton adalah apa yang sering kita panggil cahaya).
Panjang gelombang (warna) cahaya yang dipancarkannya ditentukan oleh tenaga celah jalur bahan semikonduktor yang membentuk struktur p dan n.
Oleh kerana silikon dan germanium adalah bahan celah jalur tidak langsung, pada suhu bilik, penggabungan semula elektron dan lubang dalam bahan ini adalah peralihan bukan sinaran. Peralihan sedemikian tidak melepaskan foton, tetapi menukar tenaga kepada tenaga haba. Oleh itu, diod silikon dan germanium tidak boleh mengeluarkan cahaya (mereka akan mengeluarkan cahaya pada suhu spesifik yang sangat rendah, yang mesti dikesan pada sudut khas, dan kecerahan cahaya tidak jelas).
Bahan yang digunakan dalam diod pemancar cahaya adalah semua bahan celah jalur langsung, jadi tenaga dibebaskan dalam bentuk foton. Tenaga jalur terlarang ini sepadan dengan tenaga cahaya dalam jalur inframerah dekat, kelihatan atau hampir ultraungu.
Model ini menyerupai LED yang memancarkan cahaya di bahagian inframerah spektrum elektromagnet.
Pada peringkat awal pembangunan, diod pemancar cahaya menggunakan gallium arsenide (GaAs) hanya boleh memancarkan cahaya inframerah atau merah. Dengan kemajuan sains bahan, diod pemancar cahaya yang baru dibangunkan boleh memancarkan gelombang cahaya dengan frekuensi yang lebih tinggi dan lebih tinggi. Hari ini, diod pemancar cahaya pelbagai warna boleh dibuat.
Diod biasanya dibina pada substrat jenis N, dengan lapisan semikonduktor jenis P didepositkan pada permukaannya dan disambungkan bersama dengan elektrod. Substrat jenis P adalah kurang biasa, tetapi juga digunakan. Banyak diod pemancar cahaya komersial, terutamanya GaN/InGaN, juga menggunakan substrat nilam.
Kebanyakan bahan yang digunakan untuk membuat LED mempunyai indeks biasan yang sangat tinggi. Ini bermakna kebanyakan gelombang cahaya dipantulkan semula ke dalam bahan di antara muka dengan udara. Oleh itu, pengekstrakan gelombang cahaya adalah topik penting untuk LED, dan banyak penyelidikan dan pembangunan tertumpu pada topik ini.
Perbezaan utama antara LED (diod pemancar cahaya) dan diod biasa ialah bahan dan strukturnya, yang membawa kepada perbezaan ketara dalam kecekapannya dalam menukar tenaga elektrik kepada tenaga cahaya. Berikut adalah beberapa perkara penting untuk menjelaskan mengapa LED boleh memancarkan cahaya dan diod biasa tidak boleh:
Bahan yang berbeza:LED menggunakan bahan semikonduktor III-V seperti gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), gallium nitride (GaN), dan lain-lain. Bahan-bahan ini mempunyai celah jalur langsung, membolehkan elektron melompat terus dan membebaskan foton (cahaya). Diod biasa biasanya menggunakan silikon atau germanium, yang mempunyai celah jalur tidak langsung, dan lompatan elektron terutamanya berlaku dalam bentuk pelepasan tenaga haba, bukannya cahaya.
Struktur yang berbeza:Struktur LED direka untuk mengoptimumkan penjanaan dan pelepasan cahaya. LED biasanya menambah dopan dan struktur lapisan tertentu di persimpangan pn untuk menggalakkan penjanaan dan pelepasan foton. Diod biasa direka untuk mengoptimumkan fungsi pembetulan arus dan tidak menumpukan pada penjanaan cahaya.
Celah jalur tenaga:Bahan LED mempunyai tenaga celah jalur yang besar, yang bermaksud bahawa tenaga yang dikeluarkan oleh elektron semasa peralihan adalah cukup tinggi untuk muncul dalam bentuk cahaya. Tenaga celah jalur bahan diod biasa adalah kecil, dan elektron terutamanya dilepaskan dalam bentuk haba apabila ia beralih.
Mekanisme luminescence:Apabila persimpangan pn LED berada di bawah pincang ke hadapan, elektron bergerak dari rantau n ke rantau p, bergabung semula dengan lubang, dan membebaskan tenaga dalam bentuk foton untuk menjana cahaya. Dalam diod biasa, penggabungan semula elektron dan lubang adalah terutamanya dalam bentuk penggabungan semula bukan sinaran, iaitu tenaga dilepaskan dalam bentuk haba.
Perbezaan ini membolehkan LED memancarkan cahaya apabila bekerja, manakala diod biasa tidak boleh.
Artikel ini datang dari Internet dan hak cipta adalah milik pengarang asal
Masa siaran: Ogos-01-2024