Die ligbeginsel van LED

Allesdie herlaaibare werklig, draagbare kampeerligenmultifunksionele koplampGebruik die LED-gloeilamptipe. Om die beginsel van diode-LED te verstaan, moet jy eers die basiese kennis van halfgeleiers verstaan. Die geleidende eienskappe van halfgeleiermateriale is tussen geleiers en isolators. Die unieke kenmerke daarvan is: wanneer die halfgeleier deur eksterne lig- en hittetoestande gestimuleer word, sal die geleidende vermoë daarvan aansienlik verander; Deur klein hoeveelhede onsuiwerhede by 'n suiwer halfgeleier te voeg, verhoog dit die vermoë om elektrisiteit te gelei aansienlik. Silikon (Si) en germanium (Ge) is die mees gebruikte halfgeleiers in moderne elektronika, en hul buitenste elektrone is vier. Wanneer silikon- of germaniumatome 'n kristal vorm, tree naburige atome met mekaar in wisselwerking, sodat die buitenste elektrone deur die twee atome gedeel word, wat die kovalente bindingsstruktuur in die kristal vorm, wat 'n molekulêre struktuur met min beperkingsvermoë is. By kamertemperatuur (300K) sal termiese opwekking veroorsaak dat sommige buitenste elektrone genoeg energie kry om van die kovalente binding weg te breek en vrye elektrone te word, hierdie proses word intrinsieke opwekking genoem. Nadat die elektron losgemaak is om 'n vrye elektron te word, bly 'n vakature in die kovalente binding oor. Hierdie vakature word 'n gat genoem. Die voorkoms van 'n gat is 'n belangrike kenmerk wat 'n halfgeleier van 'n geleier onderskei.

Wanneer 'n klein hoeveelheid vyfwaardige onsuiwerheid soos fosfor by die intrinsieke halfgeleier gevoeg word, sal dit 'n ekstra elektron hê nadat dit 'n kovalente binding met ander halfgeleieratome gevorm het. Hierdie ekstra elektron benodig slegs baie min energie om van die binding ontslae te raak en 'n vrye elektron te word. Hierdie tipe onsuiwerheidshalfgeleier word 'n elektroniese halfgeleier (N-tipe halfgeleier) genoem. Deur egter 'n klein hoeveelheid trivalente elementêre onsuiwerhede (soos boor, ens.) by die intrinsieke halfgeleier te voeg, omdat dit slegs drie elektrone in die buitenste laag het, sal dit 'n leemte in die kristal skep nadat dit 'n kovalente binding met die omliggende halfgeleieratome gevorm het. Hierdie tipe onsuiwerheidshalfgeleier word 'n gathalfgeleier (P-tipe halfgeleier) genoem. Wanneer N-tipe en P-tipe halfgeleiers gekombineer word, is daar 'n verskil in die konsentrasie van vrye elektrone en gate by hul verbinding. Beide elektrone en gate word na die laer konsentrasie versprei, wat gelaaide maar onbeweeglike ione agterlaat wat die oorspronklike elektriese neutraliteit van die N-tipe en P-tipe streke vernietig. Hierdie onbeweeglike gelaaide deeltjies word dikwels ruimteladings genoem, en hulle is gekonsentreer naby die koppelvlak van die N- en P-streke om 'n baie dun gebied van ruimtelading te vorm, wat bekend staan ​​as die PN-voegvlak.

Wanneer 'n voorwaartse voorspanning aan beide kante van die PN-voegvlak (positiewe spanning aan een kant van die P-tipe) toegepas word, beweeg die gate en vrye elektrone om mekaar, wat 'n interne elektriese veld skep. Die nuut ingespuite gate rekombineer dan met die vrye elektrone, wat soms oortollige energie in die vorm van fotone vrystel, wat die lig is wat ons sien wat deur LED's uitgestraal word. So 'n spektrum is relatief smal, en aangesien elke materiaal 'n ander bandgaping het, is die golflengtes van die uitgestraalde fotone anders, dus word die kleure van LED's bepaal deur die basiese materiale wat gebruik word.