Het lichtbeginsel van LED

Allehet oplaadbare werklicht, draagbaar campinglichtEnmultifunctionele koplampGebruik het LED -lamptype. Om het principe van diode -led te begrijpen, eerst de basiskennis van halfgeleiders begrijpen. De geleidende eigenschappen van halfgeleidermaterialen zijn tussen geleiders en isolatoren. De unieke kenmerken zijn: wanneer de halfgeleider wordt gestimuleerd door externe licht- en warmtecondities, zal het geleidende vermogen aanzienlijk veranderen; Het toevoegen van kleine hoeveelheden onzuiverheden aan een zuivere halfgeleider verhoogt het vermogen om elektriciteit te leiden aanzienlijk. Silicium (SI) en Germanium (GE) zijn de meest gebruikte halfgeleiders in moderne elektronica, en hun buitenste elektronen zijn vier. Wanneer silicium- of germaniumatomen een kristal vormen, interageren naburige atomen met elkaar, zodat de buitenste elektronen worden gedeeld door de twee atomen, die de covalente bindingsstructuur in het kristal vormt, wat een moleculaire structuur is met weinig beperking. Bij kamertemperatuur (300K) zal thermische excitatie ervoor zorgen dat sommige buitenste elektronen voldoende energie krijgen om weg te breken van de covalente binding en vrije elektronen te worden, wordt dit proces intrinsieke excitatie genoemd. Nadat het elektron ongebonden is om een ​​vrij elektron te worden, blijft er een vacature achter in de covalente binding. Deze vacature wordt een gat genoemd. Het uiterlijk van een gat is een belangrijk kenmerk dat een halfgeleider onderscheidt van een geleider.

Wanneer een kleine hoeveelheid pentavalent onzuiverheid zoals fosfor wordt toegevoegd aan de intrinsieke halfgeleider, heeft het een extra elektron na het vormen van een covalente binding met andere halfgeleideratomen. Dit extra elektron heeft slechts zeer kleine energie nodig om van de binding af te komen en een gratis elektron te worden. Dit soort onzuiverheid halfgeleider wordt elektronische halfgeleider (N-type halfgeleider) genoemd. Het toevoegen van een kleine hoeveelheid drievoudige elementaire onzuiverheden (zoals boor, enz.) Aan de intrinsieke halfgeleider, omdat het slechts drie elektronen in de buitenste laag heeft, na het vormen van een covalente binding met de omringende halfgeleidersatomen, zal het een vacantie in het kristal creëren. Dit soort onzuiverheid halfgeleider wordt gat halfgeleider (P-type halfgeleider) genoemd. Wanneer N-type en P-type halfgeleiders worden gecombineerd, is er een verschil in de concentratie van vrije elektronen en gaten op hun kruising. Zowel elektronen als gaten worden verspreid naar de lagere concentratie, waardoor geladen maar immobiele ionen achterblijven die de oorspronkelijke elektrische neutraliteit van het N-type en P-type gebieden vernietigen. Deze immobiele geladen deeltjes worden vaak ruimteladingen genoemd en ze zijn geconcentreerd nabij het grensvlak van de N- en P -gebieden om een ​​zeer dun gebied van ruimtelading te vormen, die bekend staat als de PN -junctie.

Wanneer een voorwaartse biasspanning wordt toegepast op beide uiteinden van de PN-junctie (positieve spanning aan één zijde van het P-type), bewegen de gaten en vrije elektronen zich om elkaar heen, waardoor een intern elektrisch veld ontstaat. De nieuw geïnjecteerde gaten recombineren vervolgens met de vrije elektronen, die soms overtollige energie vrijgeven in de vorm van fotonen, wat het licht is dat we zien uitgezonden door LED's. Een dergelijk spectrum is relatief smal, en omdat elk materiaal een andere bandafstand heeft, zijn de golflengten van de uitgestoten fotonen verschillend, dus de kleuren van LED's worden bepaald door de gebruikte basismaterialen.