หลักการส่องสว่างของ LED

ทั้งหมดแสงงานแบบชาร์จไฟได้ ไฟตั้งแคมป์แบบพกพาและไฟหน้ามัลติฟังก์ชั่นใช้ประเภทหลอดไฟ LED เพื่อให้เข้าใจถึงหลักการของไดโอด LED ก่อนอื่นให้เข้าใจความรู้พื้นฐานของเซมิคอนดักเตอร์ คุณสมบัตินำไฟฟ้าของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อยู่ระหว่างตัวนำและฉนวน คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของมันคือ: เมื่อเซมิคอนดักเตอร์ถูกกระตุ้นโดยแสงภายนอกและสภาวะความร้อนความสามารถในการนำไฟฟ้าจะเปลี่ยนไปอย่างมีนัยสำคัญ การเพิ่มสิ่งสกปรกจำนวนเล็กน้อยให้กับเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์เพิ่มความสามารถในการผลิตกระแสไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ ซิลิคอน (SI) และเจอร์เมเนียม (GE) เป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันมากที่สุดในอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่และอิเล็กตรอนชั้นนอกของพวกเขามีสี่ เมื่ออะตอมซิลิคอนหรือเจอร์เมเนียมก่อตัวเป็นคริสตัลอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงจะมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันเพื่อให้อิเล็กตรอนด้านนอกกลายเป็นอะตอมทั้งสองซึ่งเป็นโครงสร้างพันธะโควาเลนต์ในคริสตัลซึ่งเป็นโครงสร้างโมเลกุลที่มีความสามารถในการ จำกัด เพียงเล็กน้อย ที่อุณหภูมิห้อง (300K) การกระตุ้นด้วยความร้อนจะทำให้อิเล็กตรอนด้านนอกบางตัวได้รับพลังงานเพียงพอที่จะแยกออกจากพันธะโควาเลนต์และกลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระกระบวนการนี้เรียกว่าการกระตุ้นที่แท้จริง หลังจากอิเล็กตรอนไม่ผูกพันที่จะกลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระช่องว่างจะถูกทิ้งไว้ในพันธะโควาเลนต์ ตำแหน่งว่างนี้เรียกว่าหลุม การปรากฏตัวของหลุมเป็นคุณสมบัติสำคัญที่แยกแยะเซมิคอนดักเตอร์จากตัวนำ

เมื่อมีการเติมสารเจือปนเพนตาเวลจำนวนเล็กน้อยเช่นฟอสฟอรัสถูกเพิ่มเข้าไปในสารกึ่งตัวนำภายในมันจะมีอิเล็กตรอนพิเศษหลังจากสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ อิเล็กตรอนพิเศษนี้ต้องการพลังงานขนาดเล็กมากเพื่อกำจัดพันธะและกลายเป็นอิเล็กตรอนฟรี เซมิคอนดักเตอร์ชนิดนี้เรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ (เซมิคอนดักเตอร์ N-type) อย่างไรก็ตามการเพิ่มสิ่งสกปรกธาตุ trivalent จำนวนเล็กน้อย (เช่นโบรอน ฯลฯ ) ลงในเซมิคอนดักเตอร์ที่แท้จริงเพราะมีเพียงสามอิเล็กตรอนในชั้นนอกหลังจากสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมเซมิคอนดักเตอร์โดยรอบมันจะสร้างช่องว่างในคริสตัล เซมิคอนดักเตอร์ชนิดนี้เรียกว่า Hole Semiconductor (P-type semiconductor) เมื่อรวมกันเป็นชนิด N และ P-type semiconductors จะมีความแตกต่างในความเข้มข้นของอิเล็กตรอนและหลุมอิสระที่ทางแยกของพวกเขา ทั้งอิเล็กตรอนและหลุมจะถูกกระจายไปสู่ความเข้มข้นที่ต่ำกว่าทิ้งไอออนที่มีประจุ แต่จะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ซึ่งทำลายความเป็นกลางทางไฟฟ้าดั้งเดิมของภูมิภาค N-type และ P-type อนุภาคที่มีประจุที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เหล่านี้มักจะเรียกว่าค่าใช้จ่ายในพื้นที่และพวกมันจะเข้มข้นใกล้กับอินเทอร์เฟซของภูมิภาค N และ P เพื่อสร้างพื้นที่ที่บางมากของประจุพื้นที่ซึ่งเรียกว่าทางแยก PN

เมื่อแรงดันอคติไปข้างหน้าถูกนำไปใช้กับปลายทั้งสองของทางแยก PN (แรงดันไฟฟ้าบวกไปด้านหนึ่งของประเภท P) หลุมและอิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ กันสร้างสนามไฟฟ้าภายใน รูที่ฉีดใหม่จากนั้นรวมตัวกันอีกครั้งกับอิเล็กตรอนอิสระบางครั้งปล่อยพลังงานส่วนเกินในรูปของโฟตอนซึ่งเป็นแสงที่เราเห็นโดย LED ที่ปล่อยออกมา สเปกตรัมดังกล่าวค่อนข้างแคบและเนื่องจากวัสดุแต่ละชนิดมีช่องว่างวงดนตรีที่แตกต่างกันความยาวคลื่นของโฟตอนที่ปล่อยออกมาจึงแตกต่างกันดังนั้นสีของไฟ LED จะถูกกำหนดโดยวัสดุพื้นฐานที่ใช้