O princípio luminoso do LED

Todosa luz de trabalho recarregável, luz de acampamento portátilefarol multifuncionalUse o tipo de lâmpada LED. Para entender o princípio do diodo LED, primeiro é preciso entender os conceitos básicos de semicondutores. As propriedades condutivas dos materiais semicondutores estão entre condutores e isolantes. Suas características únicas são: quando o semicondutor é estimulado por condições externas de luz e calor, sua capacidade condutiva muda significativamente; adicionar pequenas quantidades de impurezas a um semicondutor puro aumenta significativamente sua capacidade de conduzir eletricidade. Silício (Si) e germânio (Ge) são os semicondutores mais comumente usados ​​na eletrônica moderna, e seus elétrons externos são quatro. Quando átomos de silício ou germânio formam um cristal, átomos vizinhos interagem entre si, de modo que os elétrons externos são compartilhados pelos dois átomos, o que forma a estrutura de ligação covalente no cristal, que é uma estrutura molecular com pouca capacidade de restrição. À temperatura ambiente (300 K), a excitação térmica fará com que alguns elétrons externos obtenham energia suficiente para romper a 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 é deixada na ligação covalente. Essa lacuna é chamada de lacuna. A aparência de uma lacuna é uma característica importante que distingue um semicondutor de um condutor.

Quando uma pequena quantidade de impureza pentavalente, como fósforo, é adicionada ao semicondutor intrínseco, ele terá um elétron extra após formar uma ligação covalente com outros átomos semicondutores. Esse elétron extra precisa apenas de uma energia muito pequena para se livrar da ligação e se tornar um elétron livre. Esse tipo de semicondutor com impureza é chamado de semicondutor eletrônico (semicondutor tipo N). No entanto, a adição de uma pequena quantidade de impurezas elementares trivalentes (como boro, etc.) ao semicondutor intrínseco, como ele tem apenas três elétrons na camada externa, após formar uma ligação covalente com os átomos semicondutores circundantes, criará uma vacância no cristal. Esse tipo de semicondutor com impureza é chamado de semicondutor com lacuna (semicondutor tipo P). Quando semicondutores tipo N e tipo P são combinados, há uma diferença na concentração de elétrons livres e lacunas em suas junções. Tanto elétrons quanto lacunas são difundidos em direção à concentração mais baixa, deixando para trás íons carregados, porém imóveis, que destroem a neutralidade elétrica original das regiões do tipo N e do tipo P. Essas partículas carregadas imóveis são frequentemente chamadas de cargas espaciais e se concentram perto da interface das 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 tipo P), as lacunas e os elétrons livres se movem em torno um do outro, criando um campo elétrico interno. As lacunas recém-injetadas então se recombinam com os elétrons livres, às vezes liberando excesso de energia na forma de fótons, que é a luz que vemos emitida pelos LEDs. Esse espectro é relativamente estreito e, como cada material tem uma lacuna de banda diferente, os comprimentos de onda dos fótons emitidos são diferentes, de modo que as cores dos LEDs são determinadas pelos materiais básicos utilizados.