Işık yayan diyot özel bir diyottur. Sıradan diyotlar gibi ışık yayan diyotlar da yarı iletken çiplerden oluşur. Bu yarı iletken malzemeler, p ve n yapıları üretmek için önceden implante edilir veya katkılanır.
Diğer diyotlar gibi, ışık yayan diyottaki akım da p kutbundan (anot) n kutbuna (katot) kolaylıkla akabilir ancak ters yönde akamaz. İki farklı taşıyıcı: delikler ve elektronlar, farklı elektrot voltajları altında elektrotlardan p ve n yapılarına akar. Delikler ve elektronlar buluşup yeniden birleştiğinde, elektronlar daha düşük bir enerji seviyesine düşer ve foton formunda enerji açığa çıkarır (fotonlar genellikle ışık dediğimiz şeydir).
Yaydığı ışığın dalga boyu (rengi), p ve n yapılarını oluşturan yarı iletken malzemelerin bant aralığı enerjisi tarafından belirlenir.
Silikon ve germanyum dolaylı bant aralıklı malzemeler olduğundan oda sıcaklığında bu malzemelerdeki elektronların ve deliklerin rekombinasyonu ışınımsız bir geçiştir. Bu tür geçişler foton yaymaz, ancak enerjiyi ısı enerjisine dönüştürür. Bu nedenle silikon ve germanyum diyotlar ışık yayamazlar (özel bir açıyla tespit edilmesi gereken çok düşük spesifik sıcaklıklarda ışık yayarlar ve ışığın parlaklığı belirgin değildir).
Işık yayan diyotlarda kullanılan malzemelerin tümü doğrudan bant aralığına sahip malzemeler olduğundan enerji foton şeklinde salınır. Bu yasak bant enerjileri yakın kızılötesi, görünür veya yakın morötesi bantlardaki ışık enerjisine karşılık gelir.
Bu model, elektromanyetik spektrumun kızılötesi kısmında ışık yayan bir LED'i simüle eder.
Geliştirmenin ilk aşamalarında, galyum arsenit (GaAs) kullanan ışık yayan diyotlar yalnızca kızılötesi veya kırmızı ışık yayabilirdi. Malzeme biliminin ilerlemesiyle birlikte yeni geliştirilen ışık yayan diyotlar giderek daha yüksek frekanslarda ışık dalgaları yayabilir. Günümüzde çeşitli renklerde ışık yayan diyotlar yapılabilmektedir.
Diyotlar genellikle, yüzeyinde biriktirilen ve elektrotlarla birbirine bağlanan P tipi yarı iletken bir katmanla N tipi bir alt tabaka üzerine inşa edilir. P tipi substratlar daha az yaygındır ancak aynı zamanda kullanılır. Pek çok ticari ışık yayan diyot, özellikle GaN/InGaN, aynı zamanda safir substratlar kullanır.
LED'lerin yapımında kullanılan malzemelerin çoğu çok yüksek kırılma indislerine sahiptir. Bu, ışık dalgalarının çoğunun hava ile ara yüzeydeki malzemeye geri yansıtıldığı anlamına gelir. Bu nedenle ışık dalgası çıkarımı LED'ler için önemli bir konudur ve birçok araştırma ve geliştirme bu konuya odaklanmıştır.
LED'ler (ışık yayan diyotlar) ile sıradan diyotlar arasındaki temel fark, malzemeleri ve yapılarıdır; bu da, elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştürme verimliliklerinde önemli farklılıklara yol açar. LED'lerin neden ışık yayabildiğini ve sıradan diyotların neden yaymadığını açıklayan bazı önemli noktalar şunlardır:
Farklı malzemeler:LED'ler, galyum arsenit (GaAs), galyum fosfit (GaP), galyum nitrür (GaN) vb. gibi III-V yarı iletken malzemeler kullanır. Bu malzemeler, elektronların doğrudan atlamasına ve fotonları (ışık) serbest bırakmasına olanak tanıyan doğrudan bir bant aralığına sahiptir. Sıradan diyotlar genellikle dolaylı bant aralığına sahip silikon veya germanyum kullanır ve elektron sıçraması ışıktan ziyade esas olarak ısı enerjisi salınımı şeklinde gerçekleşir.
Farklı yapı:LED'lerin yapısı ışık üretimini ve emisyonunu optimize edecek şekilde tasarlanmıştır. LED'ler genellikle fotonların oluşumunu ve salınmasını teşvik etmek için pn bağlantısına belirli katkı maddeleri ve katman yapıları ekler. Sıradan diyotlar akımın düzeltme fonksiyonunu optimize etmek için tasarlanmıştır ve ışık üretimine odaklanmaz.
Enerji bant aralığı:LED'in malzemesi büyük bir bant aralığı enerjisine sahiptir; bu, geçiş sırasında elektronlar tarafından salınan enerjinin ışık şeklinde görünecek kadar yüksek olduğu anlamına gelir. Sıradan diyotların maddi bant aralığı enerjisi küçüktür ve elektronlar geçiş sırasında çoğunlukla ısı şeklinde salınır.
Lüminesans mekanizması:LED'in pn bağlantısı ileri polarma altında olduğunda, elektronlar n bölgesinden p bölgesine hareket eder, deliklerle yeniden birleşir ve ışık üretmek için foton formunda enerji açığa çıkarır. Sıradan diyotlarda, elektronların ve deliklerin rekombinasyonu esas olarak ışınımsal olmayan rekombinasyon formundadır, yani enerji ısı formunda salınır.
Bu farklılıklar LED'lerin çalışırken ışık yaymasına izin verirken sıradan diyotların bunu yapmasına izin vermez.
Bu makale internetten alınmıştır ve telif hakkı asıl yazara aittir.
Gönderim zamanı: Ağu-01-2024