ไดโอดเปล่งแสงเป็นไดโอดพิเศษ เช่นเดียวกับไดโอดทั่วไป ไดโอดเปล่งแสงประกอบด้วยชิปเซมิคอนดักเตอร์ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ได้รับการปลูกถ่ายล่วงหน้าหรือเจือเพื่อสร้างโครงสร้าง p และ n
เช่นเดียวกับไดโอดอื่นๆ กระแสไฟฟ้าในไดโอดเปล่งแสงสามารถไหลจากขั้ว p (ขั้วบวก) ไปยังขั้ว n (แคโทด) ได้อย่างง่ายดาย แต่จะไม่ไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม พาหะสองชนิดที่แตกต่างกัน: รูและอิเล็กตรอนไหลจากอิเล็กโทรดไปยังโครงสร้าง p และ n ภายใต้แรงดันไฟฟ้าอิเล็กโทรดที่แตกต่างกัน เมื่อหลุมและอิเล็กตรอนมาบรรจบกันและรวมตัวกันอีกครั้ง อิเล็กตรอนจะตกลงสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่าและปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน (โฟตอนคือสิ่งที่เรามักเรียกว่าแสง)
ความยาวคลื่น (สี) ของแสงที่ปล่อยออกมานั้นถูกกำหนดโดยพลังงานแบนด์แกปของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ประกอบเป็นโครงสร้าง p และ n
เนื่องจากซิลิคอนและเจอร์เมเนียมเป็นวัสดุแถบแบนด์ทางอ้อม ที่อุณหภูมิห้อง การรวมตัวกันใหม่ของอิเล็กตรอนและรูในวัสดุเหล่านี้จึงเป็นการเปลี่ยนผ่านแบบไม่ใช้รังสี การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวไม่ปล่อยโฟตอน แต่แปลงพลังงานเป็นพลังงานความร้อน ดังนั้นไดโอดซิลิคอนและเจอร์เมเนียมจึงไม่สามารถเปล่งแสงได้ (จะเปล่งแสงที่อุณหภูมิจำเพาะต่ำมากซึ่งจะต้องตรวจจับในมุมพิเศษและความสว่างของแสงจะไม่ชัดเจน)
วัสดุที่ใช้ในไดโอดเปล่งแสงล้วนเป็นวัสดุที่มีแถบความถี่โดยตรง ดังนั้นพลังงานจึงถูกปล่อยออกมาในรูปของโฟตอน พลังงานแถบต้องห้ามเหล่านี้สอดคล้องกับพลังงานแสงในแถบอินฟราเรดใกล้ แถบที่มองเห็นได้ หรือแถบอัลตราไวโอเลตใกล้
รุ่นนี้จำลอง LED ที่ปล่อยแสงในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า
ในช่วงแรกของการพัฒนา ไดโอดเปล่งแสงที่ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) สามารถปล่อยแสงอินฟราเรดหรือแสงสีแดงเท่านั้น ด้วยความก้าวหน้าของวัสดุศาสตร์ ไดโอดเปล่งแสงที่พัฒนาขึ้นใหม่สามารถปล่อยคลื่นแสงที่มีความถี่สูงขึ้นเรื่อยๆ ปัจจุบันสามารถสร้างไดโอดเปล่งแสงที่มีสีต่างๆ ได้
ไดโอดมักจะถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวชนิด N โดยมีชั้นของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P วางอยู่บนพื้นผิวและเชื่อมต่อกันด้วยอิเล็กโทรด วัสดุพิมพ์ประเภท P นั้นพบได้น้อย แต่ก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน ไดโอดเปล่งแสงเชิงพาณิชย์จำนวนมาก โดยเฉพาะ GaN/InGaN ก็ใช้ซับสเตรตแซฟไฟร์เช่นกัน
วัสดุส่วนใหญ่ที่ใช้ทำ LED มีดัชนีการหักเหของแสงที่สูงมาก ซึ่งหมายความว่าคลื่นแสงส่วนใหญ่จะสะท้อนกลับเข้าไปในวัสดุบริเวณที่สัมผัสกับอากาศ ดังนั้นการแยกคลื่นแสงจึงเป็นหัวข้อสำคัญสำหรับ LED และการวิจัยและพัฒนาจำนวนมากมุ่งเน้นไปที่หัวข้อนี้
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง LED (ไดโอดเปล่งแสง) และไดโอดธรรมดาคือวัสดุและโครงสร้างซึ่งนำไปสู่ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแสง ต่อไปนี้เป็นประเด็นสำคัญที่จะอธิบายว่าทำไม LED ถึงสามารถปล่อยแสงได้ และไดโอดธรรมดาไม่สามารถ:
วัสดุที่แตกต่าง:LED ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ III-V เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs), แกลเลียมฟอสไฟด์ (GaP), แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ฯลฯ วัสดุเหล่านี้มีแถบความถี่โดยตรง ทำให้อิเล็กตรอนสามารถกระโดดและปล่อยโฟตอน (แสง) ได้โดยตรง ไดโอดทั่วไปมักจะใช้ซิลิคอนหรือเจอร์เมเนียม ซึ่งมีแถบแบนด์ทางอ้อม และการกระโดดของอิเล็กตรอนส่วนใหญ่เกิดขึ้นในรูปแบบของการปล่อยพลังงานความร้อน แทนที่จะเป็นแสง
โครงสร้างที่แตกต่าง:โครงสร้างของ LED ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสร้างและการปล่อยแสง ไฟ LED มักจะเพิ่มสารเจือปนและโครงสร้างเลเยอร์เฉพาะที่จุดเชื่อมต่อ pn เพื่อส่งเสริมการสร้างและการปลดปล่อยโฟตอน ไดโอดธรรมดาได้รับการออกแบบมาเพื่อปรับฟังก์ชั่นการแก้ไขกระแสไฟฟ้าให้เหมาะสมและไม่เน้นที่การสร้างแสง
ช่องว่างด้านพลังงาน:วัสดุของ LED มีพลังงาน bandgap ขนาดใหญ่ ซึ่งหมายความว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอนระหว่างการเปลี่ยนผ่านจะสูงพอที่จะปรากฏเป็นแสงได้ พลังงาน bandgap ของวัสดุของไดโอดธรรมดามีขนาดเล็ก และอิเล็กตรอนส่วนใหญ่จะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อนเมื่อพวกมันเปลี่ยนผ่าน
กลไกการเรืองแสง:เมื่อจุดเชื่อมต่อ pn ของ LED อยู่ภายใต้อคติไปข้างหน้า อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากบริเวณ n ไปยังบริเวณ p แล้วรวมตัวกันอีกครั้งด้วยรู และปล่อยพลังงานในรูปของโฟตอนเพื่อสร้างแสง ในไดโอดธรรมดา การรวมตัวกันใหม่ของอิเล็กตรอนและรูส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปแบบของการรวมตัวกันแบบไม่แผ่รังสี นั่นคือพลังงานจะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน
ความแตกต่างเหล่านี้ทำให้ไฟ LED เปล่งแสงเมื่อทำงาน ในขณะที่ไดโอดธรรมดาไม่สามารถทำได้
บทความนี้มาจากอินเทอร์เน็ตและลิขสิทธิ์เป็นของผู้เขียนต้นฉบับ
เวลาโพสต์: 01 ส.ค.-2024