چگونه یک دیود نورانی کار می‌کند

چگونه یک دیود نورپرداز کار می‌کند؟

تعریف دیود نورپرداز (LED)

دیود نورپرداز یا LED، یک دستگاه نیمه‌رسانا است که هنگامی که از طریق فرآیند الکترولومینسانس به صورت الکتریکی انرژی گرفته، نور تولید می‌کند.

چگونه یک دیود نورپرداز کار می‌کند

مانند یک دیود عادی، دیود نورپرداز زمانی که جریان مثبت دارد کار می‌کند. در این حالت، نیمه‌رسانای نوع n بیشتر از نوع p دوپ شده و پیوند p-n تشکیل می‌شود. هنگامی که جریان مثبت است، موانع پتانسیل کاهش می‌یابند و الکترون‌ها و حفره‌ها در لایه‌ی خالی (یا لایه‌ی فعال) ترکیب می‌شوند و نور یا فوتون‌ها در تمام جهات منتشر می‌شوند. یک شکل نمایانگر انتشار نور به دلیل ترکیب زوج الکترون-حفره تحت جریان مثبت.

انتشار فوتون‌ها در یک LED با نظریه‌ی باند‌های انرژی مواد توضیح داده می‌شود که می‌گوید انتشار نور به این بستگی دارد که باند گپ ماده مستقیم یا غیرمستقیم باشد. مواد نیمه‌رسانا که گپ باند مستقیم دارند، فوتون تولید می‌کنند. در یک ماده با گپ باند مستقیم، پایین‌ترین سطح انرژی باند رسانایی مستقیماً بالای بالاترین سطح انرژی باند والانس در نمودار انرژی بر حسب مقدار حرکت (بردار موج 'k') قرار دارد.

هنگامی که الکترون‌ها و حفره‌ها ترکیب می‌شوند، انرژی E = hν متناظر با گپ انرژی △ (eV) به صورت انرژی نور یا فوتون‌ها آزاد می‌شود که در آن h ثابت پلانک و ν فرکانس نور است.

باند گپ مستقیم

مواد با گپ باند غیرمستقیم غیررادیاتیف هستند، زیرا پایین‌ترین سطح باند رسانایی با بالاترین سطح باند والانس هم‌خط نیست و بیشتر انرژی به گرمای تبدیل می‌شود. مثال‌ها شامل Si، Ge و غیره هستند.

باند گپ غیرمستقیم

مثالی از ماده با گپ باند مستقیم، آرسنید گالیوم (GaAs) است که یک نیمه‌رسانا مرکب است که در LED‌ها استفاده می‌شود. اتم‌های دوپانت به GaAs اضافه می‌شوند تا طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها را تولید کنند. برخی از مواد استفاده شده در LED‌ها عبارتند از:

• آرسنید آلومینیوم گالیوم (AlGaAs) - فروسرخ.

• فسفید گالیوم آرسنید (GaAsP) - قرمز، نارنجی، زرد.

• فسفید آلومینیوم گالیوم (AlGaP) - سبز.

• نیترید ایندیوم گالیوم (InGaN) - آبی، آبی-سبز، نزدیک UV.

• سلنید روی (ZnSe) - آبی.

ساختار فیزیکی LED