O diodo emissor de luz é um diodo especial. Como os diodos comuns, os diodos emissores de luz são compostos de chips semicondutores. Esses materiais semicondutores são pré-implantados ou dopados para produzir estruturas p e n.
Como outros diodos, a corrente no diodo emissor de luz pode fluir facilmente do pólo p (ânodo) para o pólo n (cátodo), mas não na direção oposta. Dois portadores diferentes: buracos e elétrons fluem dos eletrodos para as estruturas p e n sob diferentes tensões de eletrodo. Quando buracos e elétrons se encontram e se recombinam, os elétrons caem para um nível de energia mais baixo e liberam energia na forma de fótons (fótons são o que costumamos chamar de luz).
O comprimento de onda (cor) da luz que ele emite é determinado pela energia do bandgap dos materiais semicondutores que compõem as estruturas p e n.
Como o silício e o germânio são materiais bandgap indiretos, à temperatura ambiente, a recombinação de elétrons e lacunas nesses materiais é uma transição não radiativa. Tais transições não liberam fótons, mas convertem energia em energia térmica. Portanto, os diodos de silício e germânio não podem emitir luz (eles emitirão luz em temperaturas específicas muito baixas, que devem ser detectadas em um ângulo especial, e o brilho da luz não é óbvio).
Os materiais usados nos diodos emissores de luz são todos materiais de bandgap direto, de modo que a energia é liberada na forma de fótons. Essas energias de banda proibida correspondem à energia luminosa nas bandas do infravermelho próximo, do visível ou do ultravioleta próximo.
Este modelo simula um LED que emite luz na parte infravermelha do espectro eletromagnético.
Nos estágios iniciais de desenvolvimento, os diodos emissores de luz que usavam arsenieto de gálio (GaAs) só podiam emitir luz infravermelha ou vermelha. Com o avanço da ciência dos materiais, os diodos emissores de luz recentemente desenvolvidos podem emitir ondas de luz com frequências cada vez mais altas. Hoje, podem ser fabricados diodos emissores de luz de várias cores.
Os diodos são geralmente construídos sobre um substrato do tipo N, com uma camada de semicondutor do tipo P depositada em sua superfície e conectada entre si por eletrodos. Substratos do tipo P são menos comuns, mas também são usados. Muitos diodos emissores de luz comerciais, especialmente GaN/InGaN, também usam substratos de safira.
A maioria dos materiais usados para fabricar LEDs tem índices de refração muito altos. Isto significa que a maior parte das ondas de luz são refletidas de volta para o material na interface com o ar. Portanto, a extração de ondas de luz é um tópico importante para LEDs, e muita pesquisa e desenvolvimento estão focados neste tópico.
A principal diferença entre os LEDs (diodos emissores de luz) e os diodos comuns são os seus materiais e estrutura, o que leva a diferenças significativas na sua eficiência na conversão de energia elétrica em energia luminosa. Aqui estão alguns pontos-chave para explicar por que os LEDs podem emitir luz e os diodos comuns não:
Materiais diferentes:Os LEDs usam materiais semicondutores III-V, como arsenieto de gálio (GaAs), fosfeto de gálio (GaP), nitreto de gálio (GaN), etc. Esses materiais têm um bandgap direto, permitindo que os elétrons saltem diretamente e liberem fótons (luz). Os diodos comuns geralmente usam silício ou germânio, que possuem um bandgap indireto, e o salto do elétron ocorre principalmente na forma de liberação de energia térmica, em vez de luz.
Estrutura diferente:A estrutura dos LEDs foi projetada para otimizar a geração e emissão de luz. Os LEDs geralmente adicionam dopantes específicos e estruturas de camadas na junção pn para promover a geração e liberação de fótons. Os diodos comuns são projetados para otimizar a função de retificação da corrente e não se concentram na geração de luz.
Gap de energia:O material do LED possui uma grande energia de bandgap, o que significa que a energia liberada pelos elétrons durante a transição é alta o suficiente para aparecer na forma de luz. A energia do bandgap do material dos diodos comuns é pequena e os elétrons são liberados principalmente na forma de calor durante a transição.
Mecanismo de luminescência:Quando a junção pn do LED está sob polarização direta, os elétrons se movem da região n para a região p, recombinam-se com buracos e liberam energia na forma de fótons para gerar luz. Nos diodos comuns, a recombinação de elétrons e buracos ocorre principalmente na forma de recombinação não radiativa, ou seja, a energia é liberada na forma de calor.
Essas diferenças permitem que os LEDs emitam luz durante a operação, enquanto os diodos comuns não.
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Horário da postagem: 01 de agosto de 2024