Diode inayotoa mwanga ni diode maalum. Kama diode za kawaida, diode zinazotoa mwanga zinaundwa na chips za semiconductor. Nyenzo hizi za semiconductor hupandikizwa awali au kupunguzwa ili kuzalisha miundo ya p na n.
Kama diodi zingine, mkondo wa sasa katika diode inayotoa mwanga unaweza kutiririka kwa urahisi kutoka kwa p pole (anodi) hadi n pole (cathode), lakini sio upande tofauti. Wabebaji wawili tofauti: mashimo na elektroni hutiririka kutoka kwa elektroni hadi kwa miundo ya p na n chini ya voltages tofauti za elektroni. Wakati mashimo na elektroni zinapokutana na kuunganishwa tena, elektroni huanguka kwa kiwango cha chini cha nishati na kutolewa kwa nishati kwa namna ya fotoni (photons ni kile tunachoita mara nyingi mwanga).
Urefu wa wimbi (rangi) ya nuru ambayo hutoa imedhamiriwa na nishati ya bandgap ya vifaa vya semiconductor vinavyounda miundo ya p na n.
Kwa kuwa silicon na germanium ni nyenzo zisizo za moja kwa moja za bandgap, kwa joto la kawaida, recombination ya elektroni na mashimo katika nyenzo hizi ni mpito usio na mionzi. Mabadiliko kama haya hayatoi fotoni, lakini hubadilisha nishati kuwa nishati ya joto. Kwa hiyo, diode za silicon na germanium haziwezi kutoa mwanga (zitatoa mwanga kwa joto la chini sana, ambalo lazima ligunduliwe kwa pembe maalum, na mwangaza wa mwanga sio wazi).
Vifaa vinavyotumiwa katika diode zinazotoa mwanga ni vifaa vya moja kwa moja vya bandgap, hivyo nishati hutolewa kwa namna ya photons. Nishati hizi za bendi zilizopigwa marufuku zinalingana na nishati ya mwanga katika bendi za karibu za infrared, inayoonekana, au karibu na ultraviolet.
Muundo huu huiga LED inayotoa mwanga katika sehemu ya infrared ya wigo wa sumakuumeme.
Katika hatua za mwanzo za maendeleo, diodi zinazotoa mwanga kwa kutumia gallium arsenide (GaAs) zinaweza tu kutoa mwanga wa infrared au nyekundu. Pamoja na maendeleo ya sayansi ya nyenzo, diodi mpya zinazotoa mwanga zinaweza kutoa mawimbi ya mwanga na masafa ya juu na ya juu. Leo, diode zinazotoa mwanga za rangi mbalimbali zinaweza kufanywa.
Diode kawaida hujengwa kwenye substrate ya aina ya N, na safu ya semiconductor ya aina ya P iliyowekwa kwenye uso wake na kuunganishwa pamoja na elektroni. Substrates za aina ya P hazipatikani sana, lakini pia hutumiwa. Diodi nyingi za kibiashara zinazotoa mwanga, hasa GaN/InGaN, pia hutumia substrates za yakuti.
Nyenzo nyingi zinazotumiwa kutengeneza LED zina fahirisi za juu sana za kuakisi. Hii ina maana kwamba mawimbi mengi ya mwanga yanaakisiwa nyuma kwenye nyenzo kwenye kiolesura cha hewa. Kwa hiyo, uchimbaji wa wimbi la mwanga ni mada muhimu kwa LEDs, na utafiti mwingi na maendeleo yanazingatia mada hii.
Tofauti kuu kati ya LED (mwanga wa diode) na diode za kawaida ni vifaa na muundo wao, ambayo inaongoza kwa tofauti kubwa katika ufanisi wao katika kubadilisha nishati ya umeme katika nishati ya mwanga. Hapa kuna vidokezo muhimu vya kuelezea kwa nini LED zinaweza kutoa mwanga na diode za kawaida haziwezi:
Nyenzo tofauti:Taa za LED hutumia nyenzo za semicondukta za III-V kama vile gallium arsenide (GaAs), gallium fosfidi (GaP), nitridi ya gallium (GaN), n.k. Nyenzo hizi zina mkanda wa moja kwa moja, unaoruhusu elektroni kuruka moja kwa moja na kutoa fotoni (mwanga). Diode za kawaida hutumia silicon au germanium, ambayo ina bandgap isiyo ya moja kwa moja, na kuruka kwa elektroni hutokea hasa kwa namna ya kutolewa kwa nishati ya joto, badala ya mwanga.
Muundo tofauti:Muundo wa LEDs umeundwa ili kuongeza uzalishaji wa mwanga na utoaji. LEDs kawaida huongeza dopanti maalum na miundo ya safu kwenye makutano ya pn ili kukuza uzalishaji na kutolewa kwa fotoni. Diode za kawaida zimeundwa ili kuboresha kazi ya kurekebisha ya sasa na haizingatii kizazi cha mwanga.
Mgawanyiko wa nishati:Nyenzo za LED zina nishati kubwa ya bandgap, ambayo ina maana kwamba nishati iliyotolewa na elektroni wakati wa mpito ni ya juu ya kutosha kuonekana kwa namna ya mwanga. Nishati ya bandgap ya nyenzo ya diode za kawaida ni ndogo, na elektroni hutolewa hasa kwa namna ya joto wakati wa mpito.
Utaratibu wa mwangaza:Wakati makutano ya pn ya LED iko chini ya upendeleo wa mbele, elektroni husogea kutoka eneo la n hadi eneo la p, kuungana tena na mashimo, na kutoa nishati kwa njia ya fotoni ili kutoa mwanga. Katika diode za kawaida, recombination ya elektroni na mashimo ni hasa katika mfumo wa recombination isiyo ya mionzi, yaani, nishati hutolewa kwa namna ya joto.
Tofauti hizi huruhusu LED kutoa mwanga wakati wa kufanya kazi, wakati diode za kawaida haziwezi.
Makala haya yanatoka kwenye Mtandao na hakimiliki ni ya mwandishi asilia
Muda wa kutuma: Aug-01-2024