La lumiga principo de LED

Ĉiujla reŝargebla laborlumo, portebla kampadeja lumokajmultfunkcia antaŭa lampoUzu la LED-ampolon. Por kompreni la principon de diod-LED, unue necesas kompreni la bazan scion pri duonkonduktaĵoj. La konduktivaj ecoj de duonkonduktaĵaj materialoj troviĝas inter konduktiloj kaj izoliloj. Ĝiaj unikaj trajtoj estas: kiam la duonkonduktaĵo estas stimulita de eksteraj lum- kaj varmokondiĉoj, ĝia konduktiva kapablo ŝanĝiĝas signife; Aldono de malgrandaj kvantoj da malpuraĵoj al pura duonkonduktaĵo signife pliigas ĝian kapablon kondukti elektron. Silicio (Si) kaj germaniumo (Ge) estas la plej ofte uzataj duonkonduktaĵoj en moderna elektroniko, kaj iliaj eksteraj elektronoj estas kvar. Kiam siliciaj aŭ germaniumaj atomoj formas kristalon, najbaraj atomoj interagas unu kun la alia, tiel ke la eksteraj elektronoj estas dividitaj inter la du atomoj, kio formas la kovalentan ligostrukturon en la kristalo, kiu estas molekula strukturo kun malmulta limigkapablo. Je ĉambra temperaturo (300K), termika ekscito igos iujn eksterajn elektronojn ricevi sufiĉe da energio por liberiĝi de la kovalenta ligo kaj fariĝi liberaj elektronoj, ĉi tiu procezo nomiĝas interna ekscito. Post kiam la elektrono estas malligita por fariĝi libera elektrono, vakantaĵo restas en la kovalenta ligo. Ĉi tiu vakantaĵo nomiĝas truo. La aspekto de truo estas grava trajto, kiu distingas duonkonduktaĵon de konduktilo.

Kiam malgranda kvanto de kvinvalenta malpuraĵo, kiel ekzemple fosforo, estas aldonita al la interna duonkonduktaĵo, ĝi havos ekstran elektronon post formado de kovalenta ligo kun aliaj duonkonduktaĵaj atomoj. Ĉi tiu ekstra elektrono bezonas nur tre malgrandan energion por seniĝi de la ligo kaj iĝi libera elektrono. Ĉi tiu speco de malpuraĵa duonkonduktaĵo nomiĝas elektronika duonkonduktaĵo (N-tipa duonkonduktaĵo). Tamen, aldonante malgrandan kvanton de trivalentaj elementaj malpuraĵoj (kiel boro, ktp.) al la interna duonkonduktaĵo, ĉar ĝi havas nur tri elektronojn en la ekstera tavolo, post formado de kovalenta ligo kun la ĉirkaŭaj duonkonduktaĵaj atomoj, ĝi kreos vakantaĵon en la kristalo. Ĉi tiu speco de malpuraĵa duonkonduktaĵo nomiĝas truoduonkonduktaĵo (P-tipa duonkonduktaĵo). Kiam N-tipaj kaj P-tipaj duonkonduktaĵoj estas kombinitaj, ekzistas diferenco en la koncentriĝo de liberaj elektronoj kaj truoj ĉe ilia kuniĝo. Kaj elektronoj kaj truoj estas difuzitaj al la pli malalta koncentriĝo, lasante ŝarĝitajn sed nemoveblajn jonojn, kiuj detruas la originan elektran neŭtralecon de la N-tipaj kaj P-tipaj regionoj. Tiuj senmovaj ŝargitaj partikloj ofte nomiĝas spacŝargoj, kaj ili koncentriĝas proksime al la interfaco de la N- kaj P-regionoj por formi tre maldikan regionon de spacŝargo, kiu estas konata kiel la PN-transiro.

Kiam antaŭen direktita tensio estas aplikata al ambaŭ finoj de la PN-transiro (pozitiva tensio al unu flanko de la P-tipa), la truoj kaj liberaj elektronoj moviĝas unu ĉirkaŭ la alia, kreante internan elektran kampon. La nove injektitaj truoj tiam rekombiniĝas kun la liberaj elektronoj, foje liberigante troan energion en la formo de fotonoj, kio estas la lumo, kiun ni vidas elsendita de LED-oj. Tia spektro estas relative mallarĝa, kaj ĉar ĉiu materialo havas malsaman bendbreĉon, la ondolongoj de elsenditaj fotonoj estas malsamaj, do la koloroj de LED-oj estas determinitaj de la bazaj materialoj uzitaj.