העיקרון הזוהר של LED

כֹּלאור העבודה הנטען, אור קמפינג ניידוכןפנס רב -פונקציונליהשתמש בסוג נורת הלד. כדי להבין את העיקרון של LED דיודה, תחילה להבין את הידע הבסיסי של מוליכים למחצה. המאפיינים המוליכים של חומרים מוליכים למחצה הם בין מוליכים ומבודדים. התכונות הייחודיות שלה הן: כאשר המוליכים למחצה מגורה על ידי תנאי אור וחום חיצוניים, יכולתו המוליכה תשתנה באופן משמעותי; הוספת כמויות קטנות של זיהומים למוליך למחצה טהור מגדילה משמעותית את יכולתו לבצע חשמל. סיליקון (SI) וגרמניום (GE) הם המוליכים למחצה הנפוצים ביותר באלקטרוניקה מודרנית, והאלקטרונים החיצוניים שלהם הם ארבעה. כאשר אטומי סיליקון או גרמניום יוצרים קריסטל, אטומים שכנים מתקשרים זה עם זה, כך שהאלקטרונים החיצוניים יחלקו את שני האטומים, המהווים את מבנה הקשר הקוולנטי בקריסטל, שהוא מבנה מולקולרי עם מעט יכולת אילוץ. בטמפרטורת החדר (300K), עירור תרמי יגרום לאלקטרונים חיצוניים לקבל מספיק אנרגיה כדי להתנתק מהקשר הקוולנטי ולהפוך לאלקטרונים חופשיים, תהליך זה נקרא עירור מהותי. לאחר שהאלקטרון אינו קשור להפוך לאלקטרון חופשי, נותר מקום פנוי בקשר הקוולנטי. מקום פנוי זה נקרא חור. המראה של חור הוא תכונה חשובה המבדילה מוליך למחצה מוליך.

כאשר מתווספת כמות קטנה של טומאה פנטוולנטית כמו זרחן למוליכים למחצה מהותיים, יהיה לו אלקטרון נוסף לאחר שיצר קשר קוולנטי עם אטומים אחרים של מוליכים למחצה. אלקטרון נוסף זה זקוק רק לאנרגיה קטנה מאוד כדי להיפטר מהקשר ולהפוך לאלקטרון חופשי. סוג זה של מוליכים למחצה טומאה נקרא מוליך למחצה אלקטרוני (מוליך למחצה מסוג N). עם זאת, הוספת כמות קטנה של זיהומים אלמנטריים משולבים (כמו בורון וכו ') למוליכים למחצה מהותיים, מכיוון שיש לה רק שלושה אלקטרונים בשכבה החיצונית, לאחר שיצרו קשר קוולנטי עם אטומי המוליכים למחצה שמסביב, הוא ייצר פנוי בקריסטל. סוג זה של מוליכים למחצה טומאה נקרא מוליך למחצה של חור (מוליכים למחצה מסוג P). כאשר משולבים מוליכים מוליכים למחצה מסוג N ו- P, יש הבדל בריכוז האלקטרונים והחורים החופשיים בצומתם. גם אלקטרונים וגם חורים מפוזרים לכיוון הריכוז התחתון, ומותירים אחריהם יונים טעונים אך ללא תנועה ההורסים את הניטרליות החשמלית המקורית של אזורי ה- N ו- P. חלקיקים טעונים ללא תנועה אלה נקראים לרוב מטעני חלל, והם מרוכזים בסמוך לממשק אזורי N ו- P ליצירת אזור דק מאוד של מטען חלל, המכונה צומת PN.

כאשר מיושם מתח הטיה קדימה על שני קצוות צומת ה- PN (מתח חיובי לצד אחד של סוג ה- P), החורים והאלקטרונים החופשיים נעים זה סביב זה ויוצרים שדה חשמלי פנימי. החורים החדשים שהוזרקו לאחר מכן מחדש עם האלקטרונים החופשיים, ולעתים משחררים אנרגיה עודפת בצורה של פוטונים, שהוא האור שאנו רואים נפלטים על ידי נוריות LED. ספקטרום כזה הוא צר יחסית, ומכיוון שלכל חומר יש פער פס שונה, אורכי הגל של פוטונים הנפלטים שונים, ולכן צבעי נוריות הנוריות נקבעים על ידי החומרים הבסיסיים המשמשים.