Суть светодиода
Светоизлучающие диоды, светодиоды очень широко используются в современном электронном оборудовании, и они являются одной из основных технологий источников света, используемых сегодня.
Как коротко сказать о том что такое светодиод и в чем суть светодиода?
Суть светодиода – Излучение световых фотонов (излучение света) возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода светодиодного кристалла.
p-n-переход – контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. В любом светодиоде один из полупроводников это акцептор, а другой донор.
Светоизлучающие диоды, светодиоды используются для многих работ. Они не только используются в качестве панельных индикаторов для всего: от телевизоров, радиоприемников и других форм отечественного электронного и промышленного оборудования, но они также заменяют более традиционные технологии освещения. Чтобы удовлетворить все эти потребности, существует множество различных типов светодиодов, которые доступны. С разработкой и внедрением органических светодиодных технологий светодиодные технологии оказывают еще большее влияние на сегодняшние технологии.
Светодиод символ
Символ схемы для светодиода относительно прост. Символ СИД содержит диодный символ с двумя стрелками, указывающими наружу, чтобы обозначать, что свет исходит от диода.
Светодиод, схема светодиода.
Иногда символ светоизлучающего диода показан только как контур и без заполненных фигур. Форма контура одинаково приемлема.
Альтернативный вид светодиода, светодиодный индикатор цепи.
Также можно увидеть другие версии светодиодных символов. Иногда символ светоизлучающего диода может быть заключен в круги. Этот символ не так широко используется в наши дни, но все еще можно увидеть на многих схемах.
Светодиодная технология: как работает светодиод
Светодиод представляет собой специализированную форму PN-перехода, которая использует составное соединение. Полупроводниковый материал, используемый для соединения, должен быть составным полупроводником. Обычно используемые полупроводниковые материалы, включая кремний и германий, являются простыми элементами, и соединение, изготовленное из этих материалов, не излучает свет. Вместо этого составные полупроводники, включая арсенид галлия, фосфид галлия и фосфид индия, являются составными полупроводниками, и соединения из этих материалов излучают свет.
Эти составные полупроводники классифицируются по валентным зонам, которые занимают их составляющие. Для арсенида галлия галлий имеет валентность трех, а мышьяк – валентность пяти, и это то, что называют полупроводником группы III-V, и существует ряд других полупроводников, которые соответствуют этой категории. Также возможно иметь полупроводники, которые образуются из материалов группы III-V.
Как работает светодиод
Светоизлучающий диод излучает свет, когда он смещен вперед. Когда напряжение накладывается на соединение, чтобы заставить его смещаться вперед, ток течет, как и в случае любого PN-соединения. Отверстия из области р-типа и электроны из области n-типа входят в соединение и рекомбинируют, как нормальный диод, чтобы обеспечить протекание тока. Когда это происходит, выделяется энергия, некоторые из которых находятся в виде легких фотонов.
Обнаружено, что большая часть света получается из области перехода ближе к области Р-типа. В результате конструкция диодов выполнена таким образом, что эта область поддерживается как можно ближе к поверхности устройства, чтобы гарантировать, что минимальное количество света поглощается в конструкции.
Чтобы получить свет, который можно увидеть, соединение должно быть оптимизировано и должны быть выбраны правильные материалы. Чистый арсенид галлия выделяет энергию в инфракрасной части спектра. Для приведения световой эмиссии в видимый красный конец спектра алюминий добавляется к полупроводнику с получением арсенида аргицида галлия (AlGaAs). Фосфор также можно добавить, чтобы дать красный свет. Для других цветов используются другие материалы. Например, фосфид галлия дает зеленый свет, а фосфид алюминия кальция алюминия используется для желтого и оранжевого света. Большинство светодиодов основаны на галлиевых полупроводниках.
Светодиодные материалы и светлые цвета
| ДИАПАЗОН ДЛИН ВОЛН(НМ) | ЦВЕТ | V F @ 20 МА | МАТЕРИАЛ |
|---|---|---|---|
| <400 | ультрафиолетовый | 3.1 – 4.4 | Нитрид алюминия (AlN) Алюминий нитрид галлия (AlGaN) Нитрид алюминия нитрида галлия (AlGaInN) |
| 400 – 450 | Фиолетовый | 2,8 – 4,0 | Нитрид галлия индия (InGaN) |
| 450 – 500 | синий | 2,5 – 3,7 | Нитрид галлия индия (InGaN) Карбид кремния (SiC) |
| 500 – 570 | зеленый | 1,9 – 4,0 | Фосфид галлия (GaP) Фолиевый фосфат алюминия галлия (AlGaInP) Алюминиевый фосфид галлия (AlGaP) |
| 570-590 | желтый | 2.1 – 2.2 | Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Алюминий-галлий-индия-фосфид (AlGaInP) Фолиевый галлия (GaP) |
| 590-610 | Оранжевый / янтарный | 2,0 – 2,1 | Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Фолиевый фосфат алюминия галлия (AlGaUInP) Фолифид галлия (GaP) |
| 610-760 | красный | 1,6 – 2,0 | Арсенид алюминия (AlGaAs) Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Фолиевый фосфат алюминия галлия (AlGaInP) Фолифид галлия (GaP) |
| > 760 | инфракрасный | <1,9 | Арсенид галлия (GaAs) Арсенид алюминия галлия (AlGaAs) |
Светодиодная матрица
Кубик или фактический полупроводниковый элемент светоизлучающего диода являются активной частью общего диода. Существуют две основные конфигурации, которые можно использовать.
- Структура светодиодных светодиодов: эта форма светодиодной структуры излучает свет в плоскости, параллельной стыку PN-перехода. В этой конфигурации свет может быть ограничен узким углом.
- Поверхностно излучающая светодиодная структура: эта форма светодиодной структуры излучает свет перпендикулярно плоскости PN-перехода.
Активные пленки светодиодной структуры обычно выращиваются эпитаксиально – часто с помощью жидкофазной или парофазной эпитаксии. Подложки выбираются так, чтобы иметь близкую решетку к активным слоям.
Обычными субстратами являются GaAs, GaP, InP. PN-соединение может быть создано либо диффузией примеси, ионной имплантацией, либо может быть введено во время фазы эпитаксиального роста.
Коммерчески светодиоды существуют в самых разных формах: от отдельных светодиодных индикаторов, где есть только один светодиод на упаковке, через различные дисплеи, вплоть до огромных массивов светодиодов на светодиодных экранах.
Для некоторых ограниченных приложений можно использовать различные типы светодиодных диодных диодов. Они могут включать контакты Шоттки и соединения MIS (металл-искробезопасный полупроводник). Однако они, как правило, менее эффективны и иногда сложнее сформировать надежно.
Общая конструкция светодиода
Есть много разных стилей светодиодов, которые доступны. Одним из наиболее широко используемых является простой светодиодный индикатор. Это обеспечивает понимание того, каким образом светодиоды могут быть упакованы.
В дополнение к очень простому светодиодному индикатору есть много других типов светодиодов, включая буквенно-цифровые дисплеи и более сложные светодиодные дисплеи.
Структура панели светодиодного индикатора панели может быть разделена на три основных элемента:
- Полупроводниковая матрица: это сам светодиодный полупроводниковый элемент.
- Ведущий каркас: эта часть светодиодного пакета содержит матрицу и обеспечивает соединение.
- Инкапсуляция: это окружает сборку и действует как защита. Он также предназначен для рассеивания света требуемым образом.
Кубик соединен с углублением в одной половине ведущей рамы, называемой наковальней из-за ее формы. Это делается с использованием проводящей эпоксидной смолы. Выемка в наковальне имеет форму, чтобы излучать световой излучение вперед. Верхний контакт от матрицы затем соединяется проволокой с другой клеммой ведущей рамы, которую часто называют столбом.
Кто придумал светодиод
Уже в детстве Олег Лосев твердо знал, чему посвятит свою жизнь. В 1917 году он побывал на лекции начальника военной радиоприемной станции, и с этого момента для него перестало существовать все, кроме «беспроволочного телеграфа». После школы Олег Лосев, не сумев поступить в Московский институт связи, благодаря случайному знакомству с профессором Рижского политехнического института Владимиром Лебединским, первым председателем Российского общества радиоинженеров (РОРИ), оказался в Нижегородской радиолаборатории (НРЛ). НРЛ в то время была инновационным центром, где велись и фундаментальные, и прикладные научные исследования в области зарождавшейся тогда электроники и электротехники.
В НРЛ Лосев, работавший лаборантом, решил заняться исследованием кристаллических детекторов для радиоприема. Эти элементы были капризными, но казались ему более перспективными, чем громоздкие и прожорливые электронные лампы. К тому же экспериментировать с детекторами Лосев, исследователь-одиночка по своему характеру, мог полностью самостоятельно — передвигая контактную иголочку на мельчайшие доли миллиметра по поверхности кристалла.
Он исходил из предпосылок, что «некоторые контакты… между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, вполне вероятно, что в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания». Он заблуждался: уже было известно, что для генерации нужна не просто нелинейность вольтамперной характеристики, а падающий участок (именно такой участок обеспечивают современные лавинные диоды).
Но Лосев оказался очень везучим — на контакте цинкита с угольной иголкой он обнаружил этот эффект, добившись первого в мире гетеродинного радиоприема на основе полупроводниковых элементов. В 1922 году статья Лосева о новых радиоэлементах, названных «кристадинами», вышла в журнале «Телеграфия и телефония без проводов» («ТиТбп»). Позднее статьи Лосева о кристадинах публиковались ив советских («ЖЭТФ», «Доклады АНСССР»), и в зарубежных (The Wireless World and Radio Review, Radio News, Radio Revue, Philosophical Magazine, Physikalische Zeitschrift) журналах.
Совершенствуя кристадин, Лосев экспериментировал с различными материалами полупроводников и контактных иголок и в 1923 году обнаружил на стыке карборунда и стальной проволоки слабое свечение. Явление было названо «свечением Лосева», а первооткрыватель получил патент на «световое реле» (фактически первый полупроводниковый светодиод!) и (в 1938 году) — научную степень кандидата физико-математических наук без защиты диссертации. После реорганизации НРЛ Лосев переехал в Ленинград, где продолжал исследования до самого начала войны. А в 1942 году изобретатель погиб от голода в блокадном городе, а его работы так и остались незаконченными.
