LED-ийн гэрэлтүүлгийн зарчим

БүгдЦэнэглэдэг ажлын гэрэл, зөөврийн кемпийн гэрэлмөнолон үйлдэлт гэрэлLED чийдэнгийн төрлийг ашиглана уу. Диодын LED-ийн зарчмыг ойлгохын тулд эхлээд хагас дамжуулагчийн үндсэн мэдлэгийг ойлгох хэрэгтэй. Хагас дамжуулагч материалын дамжуулалтын шинж чанар нь дамжуулагч ба тусгаарлагчийн хооронд байдаг. Үүний өвөрмөц онцлогууд нь: хагас дамжуулагчийг гадны гэрэл ба дулааны нөхцлөөр өдөөхөд түүний дамжуулалтын чадвар мэдэгдэхүйц өөрчлөгдөнө; Цэвэр хагас дамжуулагчид бага хэмжээний хольц нэмэхэд цахилгаан дамжуулах чадвар мэдэгдэхүйц нэмэгддэг. Цахиур (Si) ба германий (Ge) нь орчин үеийн электроникийн салбарт хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг хагас дамжуулагчид бөгөөд тэдгээрийн гаднах электронууд нь дөрөв байдаг. Цахиур эсвэл германий атомууд болор үүсгэх үед хөрш зэргэлдээ атомууд хоорондоо харилцан үйлчилдэг тул гаднах электронууд нь хоёр атомын хооронд хуваагддаг бөгөөд энэ нь болор дахь ковалент холбооны бүтцийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хязгаарлах чадвар багатай молекулын бүтэц юм. Өрөөний температурт (300K) дулааны өдөөлт нь зарим гаднах электронуудыг ковалент холбооноос салж, чөлөөт электрон болоход хангалттай энерги авахад хүргэдэг бөгөөд энэ процессыг дотоод өдөөлт гэж нэрлэдэг. Электрон чөлөөт электрон болж хувирсны дараа ковалент холбоонд хоосон зай үлддэг. Энэ хоосон зайг нүх гэж нэрлэдэг. Нүхний харагдах байдал нь хагас дамжуулагчийг дамжуулагчаас ялгадаг чухал шинж чанар юм.

Фосфор зэрэг бага хэмжээний таван валенттай хольцыг дотоод хагас дамжуулагчид нэмэхэд бусад хагас дамжуулагч атомуудтай ковалент холбоо үүсгэсний дараа нэмэлт электронтой болно. Энэхүү нэмэлт электрон нь холбооноос салж, чөлөөт электрон болоход маш бага энерги шаардагдана. Энэ төрлийн хольцтой хагас дамжуулагчийг электрон хагас дамжуулагч (N төрлийн хагас дамжуулагч) гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч гаднах давхаргад ердөө гурван электрон байдаг тул дотоод хагас дамжуулагчид бага хэмжээний гурван валенттай элементийн хольц (бор гэх мэт) нэмэхэд хүрээлэн буй хагас дамжуулагч атомуудтай ковалент холбоо үүсгэсний дараа болор дотор хоосон зай үүснэ. Энэ төрлийн хольцтой хагас дамжуулагчийг нүхтэй хагас дамжуулагч (P төрлийн хагас дамжуулагч) гэж нэрлэдэг. N болон P төрлийн хагас дамжуулагчийг нэгтгэхэд тэдгээрийн уулзвар дээрх чөлөөт электрон ба нүхний концентрацид ялгаа бий болно. Электрон ба нүх хоёулаа бага концентраци руу тархаж, N болон P төрлийн бүсүүдийн анхны цахилгаан саармаг байдлыг устгадаг цэнэгтэй боловч хөдөлгөөнгүй ионууд үлддэг. Эдгээр хөдөлгөөнгүй цэнэгтэй бөөмсийг ихэвчлэн орон зайн цэнэг гэж нэрлэдэг бөгөөд тэдгээр нь N ба P бүсүүдийн зааг дээр төвлөрч, PN уулзвар гэгддэг маш нимгэн орон зайн цэнэгийн бүс үүсгэдэг.

PN уулзварын хоёр үзүүрт урагш чиглэсэн хүчдэл (P хэлбэрийн нэг талд эерэг хүчдэл) өгөхөд нүхнүүд болон чөлөөт электронууд бие биенээ тойрон хөдөлж, дотоод цахилгаан орон үүсгэдэг. Дараа нь шинээр тарьсан нүхнүүд чөлөөт электронуудтай дахин нэгдэж, заримдаа илүүдэл энергийг фотон хэлбэрээр ялгаруулдаг бөгөөд энэ нь бидний харж буй гэрэл юм. Ийм спектр нь харьцангуй нарийхан бөгөөд материал бүр өөр өөр зурвасын зайтай тул ялгарч буй фотонуудын долгионы урт нь өөр өөр байдаг тул LED-ийн өнгийг ашигласан үндсэн материалаар тодорхойлдог.