דיודה פולטת אור היא דיודה מיוחדת. כמו דיודות רגילות, דיודות פולטות אור מורכבות משבבי מוליכים למחצה. חומרים מוליכים למחצה אלה מושתלים מראש או מסוממים כדי לייצר מבנים p ו-n.
כמו דיודות אחרות, הזרם בדיודה פולטת האור יכול לזרום בקלות מקוטב p (אנודה) לקוטב n (קטודה), אך לא בכיוון ההפוך. שני נשאים שונים: חורים ואלקטרונים זורמים מהאלקטרודות למבנים p ו-n תחת מתחי אלקטרודה שונים. כאשר חורים ואלקטרונים נפגשים ומתחברים מחדש, האלקטרונים נופלים לרמת אנרגיה נמוכה יותר ומשחררים אנרגיה בצורה של פוטונים (פוטונים הם מה שאנו מכנים לעתים קרובות אור).
אורך הגל (צבע) האור שהוא פולט נקבע על ידי אנרגיית הפער של חומרי המוליכים למחצה המרכיבים את המבנים p ו-n.
מכיוון שסיליקון וגרמניום הם חומרים עקיפים בפער פס, בטמפרטורת החדר, השילוב מחדש של אלקטרונים וחורים בחומרים אלו הוא מעבר שאינו קרינה. מעברים כאלה אינם משחררים פוטונים, אלא ממירים אנרגיה לאנרגיית חום. לכן, דיודות סיליקון וגרמניום אינן יכולות לפלוט אור (הן יפלטו אור בטמפרטורות ספציפיות מאוד נמוכות, שאותן יש לזהות בזווית מיוחדת, ובהירות האור אינה ברורה).
החומרים המשמשים בדיודות פולטות אור הם חומרי פס ישירים, ולכן האנרגיה משתחררת בצורה של פוטונים. אנרגיות הפס האסורות הללו מתאימות לאנרגיית האור ברצועות הקרובות לאינפרא אדום, הנראות או כמעט אולטרה סגולות.
דגם זה מדמה LED הפולט אור בחלק האינפרא אדום של הספקטרום האלקטרומגנטי.
בשלבים המוקדמים של הפיתוח, דיודות פולטות אור המשתמשות בגליום ארסניד (GaAs) יכלו לפלוט אור אינפרא אדום או אדום בלבד. עם התקדמות מדעי החומרים, דיודות פולטות אור שפותחו לאחרונה יכולות לפלוט גלי אור בתדרים גבוהים יותר ויותר. כיום ניתן לייצר דיודות פולטות אור בצבעים שונים.
דיודות בנויות בדרך כלל על מצע מסוג N, כאשר שכבה של מוליכים למחצה מסוג P מונחת על פני השטח שלה ומחוברת יחד עם אלקטרודות. מצעים מסוג P פחות נפוצים, אך משמשים גם הם. דיודות פולטות אור מסחריות רבות, במיוחד GaN/InGaN, משתמשות גם הן במצעי ספיר.
לרוב החומרים המשמשים לייצור נוריות יש מדדי שבירה גבוהים מאוד. המשמעות היא שרוב גלי האור מוחזרים בחזרה לחומר בממשק עם האוויר. לכן, מיצוי גלי אור הוא נושא חשוב עבור נוריות LED, והרבה מחקר ופיתוח מתמקדים בנושא זה.
ההבדל העיקרי בין נוריות לד (דיודות פולטות אור) לדיודות רגילות הוא החומרים והמבנה שלהן, מה שמוביל להבדלים משמעותיים ביעילותן בהמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור. להלן כמה נקודות מפתח שיסבירו מדוע נוריות LED יכולות לפלוט אור ודיודות רגילות אינן יכולות:
חומרים שונים:נוריות נוריות משתמשות בחומרים מוליכים למחצה III-V כגון גליום ארסניד (GaAs), גליום פוספיד (GaP), גליום ניטריד (GaN) וכו'. לחומרים אלו יש פער פס ישיר, המאפשר לאלקטרונים לקפוץ ישירות ולשחרר פוטונים (אור). דיודות רגילות משתמשות בדרך כלל בסיליקון או גרמניום, שיש להן פער פס עקיף, וקפיצת האלקטרונים מתרחשת בעיקר בצורה של שחרור אנרגיית חום, ולא באור.
מבנה שונה:המבנה של נוריות LED נועד לייעל את יצירת האור ופליטת האור. נוריות נוריות בדרך כלל מוסיפים דופנטים ומבני שכבה ספציפיים בצומת pn כדי לקדם את היצירה והשחרור של פוטונים. דיודות רגילות נועדו לייעל את פונקציית התיקון של הזרם ואינן מתמקדות ביצירת אור.
פער אנרגיה:לחומר ה-LED יש אנרגית פס גדול, כלומר האנרגיה שמשחררת האלקטרונים במהלך המעבר גבוהה מספיק כדי להופיע בצורת אור. אנרגיית הפער החומרי של דיודות רגילות קטנה, והאלקטרונים משתחררים בעיקר בצורת חום כשהם עוברים.
מנגנון זוהר:כאשר צומת pn של ה-LED נמצא תחת הטיה קדימה, אלקטרונים נעים מאזור n לאזור p, מתחברים מחדש עם חורים ומשחררים אנרגיה בצורה של פוטונים ליצירת אור. בדיודות רגילות, הרקומבינציה של אלקטרונים וחורים היא בעיקר בצורה של רקומבינציה לא קרינה, כלומר, האנרגיה משתחררת בצורה של חום.
הבדלים אלה מאפשרים לנורות LED לפלוט אור בזמן העבודה, בעוד שדיודות רגילות לא יכולות.
מאמר זה מגיע מהאינטרנט וזכויות היוצרים שייכות למחבר המקורי
זמן פרסום: אוגוסט-01-2024