O princípio luminoso do LED

TodosA luz de trabalho recarregável, luz portátil para campingefarol multifuncionalUtilize lâmpadas de LED. Para entender o princípio do diodo LED, primeiro é preciso compreender os conceitos básicos de semicondutores. As propriedades condutoras dos materiais semicondutores situam-se entre as de condutores e isolantes. Suas características únicas são: quando um semicondutor é estimulado por luz e calor externos, sua capacidade condutora se altera significativamente; a adição de pequenas quantidades de impurezas a um semicondutor puro aumenta consideravelmente sua capacidade de conduzir eletricidade. O silício (Si) e o germânio (Ge) são os semicondutores mais comumente usados ​​na eletrônica moderna, e ambos possuem quatro elétrons na camada de valência. Quando átomos de silício ou germânio formam um cristal, os átomos vizinhos interagem entre si, de modo que os elétrons da camada de valência são compartilhados entre os dois átomos, formando uma estrutura de ligação covalente no cristal, que é uma estrutura molecular com pouca capacidade de contenção. À temperatura ambiente (300 K), a excitação térmica faz com que alguns elétrons da camada de valência adquiram energia suficiente para se desprenderem da ligação covalente e se tornarem elétrons livres; esse processo é chamado de excitação intrínseca. Após o elétron se desprender e se tornar um elétron livre, uma lacuna permanece na ligação covalente. Essa lacuna é chamada de buraco. O aparecimento de um buraco é uma característica importante que distingue um semicondutor de um condutor.

Quando uma pequena quantidade de impureza pentavalente, como o fósforo, é adicionada a um semicondutor intrínseco, este adquire um elétron extra após formar uma ligação covalente com outros átomos do semicondutor. Esse elétron extra necessita de uma energia muito pequena para se desprender da ligação e se tornar um elétron livre. Esse tipo de semicondutor com impurezas é chamado de semicondutor eletrônico (semicondutor tipo N). Por outro lado, a adição de uma pequena quantidade de impurezas trivalentes (como o boro, etc.) a um semicondutor intrínseco resulta em uma lacuna na camada cristalina, devido à presença de apenas três elétrons na camada externa. Essa lacuna, ao formar uma ligação covalente com os átomos do semicondutor circundantes, cria uma vacância no cristal. Esse tipo de semicondutor com impurezas é chamado de semicondutor de lacunas (semicondutor tipo P). Quando semicondutores tipo N e tipo P são combinados, observa-se uma diferença na concentração de elétrons livres e lacunas na junção. Tanto elétrons quanto lacunas se difundem em direção à região de menor concentração, deixando para trás íons carregados, porém imóveis, que destroem a neutralidade elétrica original das regiões tipo N e tipo P. Essas partículas carregadas imóveis são frequentemente chamadas de cargas espaciais e se concentram perto da interface entre as regiões N e P, formando uma região muito fina de carga espacial, conhecida como junção PN.

Quando uma tensão de polarização direta é aplicada a ambas as extremidades da junção PN (tensão positiva em um dos lados do semicondutor tipo P), os buracos e elétrons livres se movem uns em relação aos outros, criando um campo elétrico interno. Os buracos recém-injetados recombinam-se com os elétrons livres, liberando, por vezes, energia excedente na forma de fótons, que é a luz emitida pelos LEDs. Esse espectro é relativamente estreito e, como cada material possui uma banda proibida diferente, os comprimentos de onda dos fótons emitidos também são diferentes; portanto, as cores dos LEDs são determinadas pelos materiais básicos utilizados.