LED'in ışık prensibi

TümŞarj edilebilir çalışma ışığı, taşınabilir kamp lambasıVeçok işlevli farLED ampul tipini kullanın. Diyot LED'in prensibini anlamak için, öncelikle yarı iletkenlerin temel bilgilerini anlamak gerekir. Yarı iletken malzemelerin iletkenlik özellikleri iletkenler ve yalıtkanlar arasındadır. Benzersiz özellikleri şunlardır: yarı iletken dış ışık ve ısı koşullarıyla uyarıldığında, iletkenlik yeteneği önemli ölçüde değişecektir; Saf bir yarı iletkene az miktarda safsızlık eklemek, elektriği iletme yeteneğini önemli ölçüde artırır. Silisyum (Si) ve germanyum (Ge), modern elektronikte en yaygın kullanılan yarı iletkenlerdir ve dış elektronları dörttür. Silisyum veya germanyum atomları bir kristal oluşturduğunda, komşu atomlar birbirleriyle etkileşime girer, böylece dış elektronlar iki atom tarafından paylaşılır ve kristalde az kısıtlama yeteneğine sahip moleküler bir yapı olan kovalent bağ yapısını oluşturur. Oda sıcaklığında (300K), termal uyarım bazı dış elektronların kovalent bağdan kopmak ve serbest elektronlar haline gelmek için yeterli enerji almasını sağlar, bu işleme içsel uyarım denir. Elektron serbest elektron haline gelmek için serbest bırakıldıktan sonra kovalent bağda bir boşluk kalır. Bu boşluğa delik denir. Bir deliğin görünümü, bir yarı iletkeni bir iletkenden ayıran önemli bir özelliktir.

Fosfor gibi az miktarda beş değerlikli safsızlık öz yarı iletkene eklendiğinde, diğer yarı iletken atomlarıyla kovalent bir bağ oluşturduktan sonra fazladan bir elektrona sahip olacaktır. Bu fazladan elektronun bağdan kurtulmak ve serbest elektron olmak için sadece çok küçük bir enerjiye ihtiyacı vardır. Bu tür safsızlık yarı iletkenine elektronik yarı iletken (N tipi yarı iletken) denir. Ancak, dış katmanda sadece üç elektronu olduğu için öz yarı iletkene az miktarda üç değerlikli temel safsızlık (bor vb.) eklendiğinde, çevredeki yarı iletken atomlarıyla kovalent bir bağ oluşturduktan sonra kristalde bir boşluk yaratacaktır. Bu tür safsızlık yarı iletkenine delikli yarı iletken (P tipi yarı iletken) denir. N tipi ve P tipi yarı iletkenler birleştirildiğinde, bağlantı noktalarındaki serbest elektron ve delik konsantrasyonlarında bir fark vardır. Hem elektronlar hem de delikler daha düşük konsantrasyona doğru yayılır ve geride N tipi ve P tipi bölgelerin orijinal elektriksel nötrlüğünü yok eden yüklü ancak hareketsiz iyonlar bırakır. Bu hareketsiz yüklü parçacıklara sıklıkla uzay yükleri denir ve PN bağlantısı olarak bilinen çok ince bir uzay yükü bölgesi oluşturmak için N ve P bölgelerinin arayüzüne yakın bir yerde yoğunlaşırlar.

PN bağlantısının her iki ucuna da ileri önyargı voltajı uygulandığında (P tipinin bir tarafına pozitif voltaj), delikler ve serbest elektronlar birbirlerinin etrafında hareket ederek bir iç elektrik alanı oluştururlar. Yeni enjekte edilen delikler daha sonra serbest elektronlarla birleşerek bazen fotonlar şeklinde aşırı enerji açığa çıkarırlar, bu da LED'ler tarafından yayılan ışığı gördüğümüz şeydir. Böyle bir spektrum nispeten dardır ve her malzemenin farklı bir bant aralığı olduğundan, yayılan fotonların dalga boyları farklıdır, bu nedenle LED'lerin renkleri kullanılan temel malzemeler tarafından belirlenir.