Un emițător semiconductor este un dispozitiv semiconductor optoelectronic care convertește energia electrică a radiației electromagnetice în energia regiunilor spectrale vizibile, infraroșii și ultraviolete.
Deoarece sursele de radiație cu semiconductoare cu inerție redusă sunt folosite din ce în ce mai mult, diodele cu emisie luminată (LED-uri). funcționând sub tensiune directă. Uneori se numesc LED-uri de injectare, iar strălucirea care apare în LED-uri este atribuită apariției așa-numitei electroluminescențe de injecție.
Electroluminescența se referă la emisia de lumină de către un corp solid sub acțiunea unei tensiuni electrice aplicate. În procesul de electroluminescență are loc o conversie directă a energiei câmpului electric în radiație. Acest tip de radiație se datorează recombinării purtătorilor.
Electroluminescența are în principal două tipuri: pre-defalcare și injecție.
Electroluminescența înainte de defectare are loc la intensități puternice ale câmpului electric în apropierea celor defalcate. Cu toate acestea, spre deosebire de fenomenul de defectare electrică, este suficient pentru apariția electroluminescenței că un câmp de intensitate mare poate exista într-un volum mic de cristal luminescant, de exemplu, în apropierea joncțiunii pn sau la electrod. Volumul rămas al cristalului în acest caz nu face posibilă dezvoltarea unei defecțiuni care să distrugă materialul electroluminescent.
Injectarea electroluminescenței, spre deosebire de prebreakdown, necesită aplicarea unor mici diferențe de potențial de ordinul a mai multor volți în eșantion. Principala importanță aici este natura contactelor dintre electrozii și substanța luminoasă. Când LED-ul este pornit în direcția inversă, mediul nu va fi injectat, curentul va fi scăzut și nu va fi nici o electroluminescență prin injecție.
Principiul funcționării LED-urilor este după cum urmează (figura 3.1). Cu tensiune directă în dioda semiconductoare, se injectează purtători de sarcină din regiunea emițătorului către regiunea de bază. De exemplu, dacă concentrația de electroni din regiunea n este mai mare decât concentrația de gaură în regiunea p, adică nn> pp. apoi sunt injectați electroni din regiunea n în regiunea p. Electronii injectați se recombină cu purtătorii principali ai regiunii de bază, în acest caz cu găurile din regiunea p. Electronii recombinați trec de la nivelurile superioare ale energiei din banda de conducție, aproape de limita inferioară, până la niveluri inferioare situate în apropierea limitei superioare a benzii de valență. În acest caz, se eliberează un foton a cărui energie este aproape egală cu lățimea benzii interzise DW, adică
hn = hc / l »DW. (3.1)
Prin înlocuirea valorilor constante cu această formulă, este posibil să se determine lățimea benzii interzise DW (în eV) necesară pentru radiația cu o lungime de undă specifică l (în μm):
Din această relație rezultă că pentru lumina vizibilă, cu o lungime de undă de 0,78 microni pentru a 0,38 semiconductoare trebuie să aibă DW> 1,7eV. Germaniul și siliciul nu sunt potrivite pentru LED-uri, deoarece lățimea benzii este prea mică. Pentru LED-urile contemporane utilizate în principal fosfură de carbură de siliciu SiC GaP galiu, precum și unii compuși ternari numite soluții solide care constau din galiu, aluminiu și arsenic (GaAlAs) și galiu, arsenic și fosfor (Gaasp), și altele. Adăugarea la unele semiconductoare impuritățile vă permit să obțineți strălucire de diferite culori.
În plus față de LED-urile care dau o strălucire vizibilă, se produc diode de radiație în infraroșu (IR), fabricate în principal din GaAs de arseniu de galiu. Ele sunt utilizate în foto-relee, senzori diferiți și fac parte din unele optocuploare.
Parametrii principali ai LED-urilor sunt după cum urmează:
1. Intensitatea luminii măsurată în candela (unitatea de intensitate luminoasă emisă de o sursă specială standard) și indicată pentru o anumită valoare a curentului înainte. Pentru diodele emițătoare de lumină, intensitatea luminii este, de obicei, unitate-sute de mcd.
2. Luminozitate egală cu raportul dintre intensitatea luminii și suprafața luminozității (zeci de sute de cadeze pe cm 2).
3. Tensiune directă constantă (2-3 V).
4. Culoarea strălucirii și lungimea de undă corespunzătoare fluxului luminos maxim.
5.Curent constant constant maxim (zeci de mA).
6. Tensiunea inversă constantă admisibilă constantă (unitatea B).
7. Intervalul temperaturii ambientale la care LED-ul poate funcționa normal (de exemplu, de la -60 la +70 0 C).
Pentru LED-uri, de obicei, sunt luate în considerare următoarele caracteristici. Caracteristica de luminozitate dă dependența de luminozitate față de curentul de transmitere și caracteristica de lumină - dependența intensității luminii de curentul în față. Caracteristica spectrală arată dependența radiației de lungimea de undă. Caracteristica curentului de tensiune a unei diode emițătoare de lumină este identică cu cea a unei diode redresoare convenționale, dar diferă prin tensiuni mari (tensiune directă de 2-3 V). O caracteristică importantă este modelul de radiație, care este determinat de proiectarea diodei, în special de prezența unei lentile și alți factori. Radiația poate fi direcțională sau difuză (difuză).
Unii parametri ai LED-urilor depind de temperatură. De exemplu, luminozitatea și intensitatea luminii scad cu creșterea temperaturii. Performanța LED-urilor este ridicată. Luminescența se ridică la un maxim pentru aproximativ 10-8 s după ce pulsul de curent continuu este aplicat diodei.
LED-urile sunt proiectate astfel încât cât mai multă lumină să părăsească exteriorul. Cu toate acestea, o parte semnificativă a fluxului de radiație este încă pierdută datorită absorbției în semiconductorul în sine și a reflexiei interne totale la interfața cristal-aer. Structurally, LED-urile sunt realizate în carcase metalice cu lentile care asigură radiații direcționale sau într-o carcasă din plastic transparent care generează radiații împrăștiate. Sunt fabricate și diode non-corpusculare. Greutatea diodei este o fracțiune de gram.
LED-urile sunt baza pentru dispozitive mai sofisticate: o scală liniară cu LED-uri, un indicator LED digital alfanumeric etc.
Într-un caz, pot exista mai multe LED-uri de culori diferite pentru a obține posibilitatea de a schimba culoarea strălucirii sau de a obține o culoare albă.