مبدأ LED المضيء

الجميعضوء العمل القابل لإعادة الشحن ، ضوء التخييم المحمولومصابيح أمامية متعددة الوظائفاستخدم نوع المصباح LED. لفهم مبدأ الصمام الثنائي LED ، أولاً لفهم المعرفة الأساسية لأشباه الموصلات. الخصائص الموصلة لمواد أشباه الموصلات بين الموصلات والعوازل. ميزاتها الفريدة هي: عندما يتم تحفيز أشباه الموصلات بواسطة الضوء الخارجي وظروف الحرارة ، ستتغير قدرته الموصلة بشكل كبير ؛ إن إضافة كميات صغيرة من الشوائب إلى أشباه الموصلات النقية تزيد بشكل كبير من قدرته على سلوك الكهرباء. السيليكون (SI) والجرمانيوم (GE) هي أشباه الموصلات الأكثر شيوعًا في الإلكترونيات الحديثة ، والإلكترونات الخارجية هي أربعة. عندما تشكل ذرات السيليكون أو الجرمانيوم بلورة ، تتفاعل الذرات المجاورة مع بعضها البعض ، بحيث تصبح الإلكترونات الخارجية مشتركة بين الذرتين ، والتي تشكل بنية الرابطة التساهمية في البلورة ، وهي بنية جزيئية مع قدرة على القيد القليل. في درجة حرارة الغرفة (300 كيلو) ، سيجعل الإثارة الحرارية بعض الإلكترونات الخارجية تحصل على طاقة كافية للابتعاد عن الرابطة التساهمية وتصبح الإلكترونات الحرة ، وتسمى هذه العملية الإثارة الجوهرية. بعد أن يكون الإلكترون غير مبين ليصبح إلكترونًا حرًا ، يتم ترك شاغر في الرابطة التساهمية. هذا الشواغر تسمى ثقب. يعد ظهور الثقب ميزة مهمة تميز أشباه الموصلات عن موصل.

عندما تتم إضافة كمية صغيرة من الشوائب الخماسية مثل الفسفور إلى أشباه الموصلات الجوهرية ، سيكون لها إلكترون إضافي بعد تشكيل رابطة تساهمية مع ذرات أشباه الموصلات الأخرى. هذا الإلكترون الإضافي يحتاج فقط إلى طاقة صغيرة جدًا للتخلص من الرابطة وتصبح إلكترونًا مجانيًا. يسمى هذا النوع من أشباه الموصلات الشوائب (أشباه الموصلات الإلكترونية (N-type). ومع ذلك ، فإن إضافة كمية صغيرة من الشوائب العنصرية الثلاثية (مثل البورون ، وما إلى ذلك) إلى أشباه الموصلات الجوهرية ، لأنه يحتوي على ثلاثة إلكترونات فقط في الطبقة الخارجية ، بعد تشكيل رابطة تساهمية مع ذرات أشباه الموصلات المحيطة ، سيخلق شغلاً في البلورة. يسمى هذا النوع من أشباه الموصلات الشائكة (P-type أشباه الموصلات). عندما يتم الجمع بين أشباه الموصلات من النوع N و P-type ، هناك اختلاف في تركيز الإلكترونات والثقوب الحرة عند تقاطعها. يتم نشر كل من الإلكترونات والثقوب نحو التركيز المنخفض ، تاركًا وراءه أيونات مشحونة ولكن غير متحركة تدمر الحياد الكهربائي الأصلي لمناطق N-type و P-type. غالبًا ما تسمى هذه الجزيئات المشحونة غير المتحركة شحنات الفضاء ، وتركز بالقرب من واجهة مناطق N و P لتشكيل منطقة رقيقة جدًا من شحنة الفضاء ، والتي تعرف باسم تقاطع PN.

عندما يتم تطبيق جهد التحيز إلى الأمام على طرفي تقاطع PN (الجهد الإيجابي على جانب واحد من نوع P) ، تتحرك الثقوب والإلكترونات الحرة حول بعضها البعض ، مما يخلق مجالًا كهربائيًا داخليًا. ثم تعيد تجميع الثقوب التي تم حقنها حديثًا مع الإلكترونات الحرة ، وأحيانًا تطلق الطاقة الزائدة في شكل فوتونات ، وهو الضوء الذي نراه ينبعث من مصابيح LED. مثل هذا الطيف ضيق نسبيًا ، وبما أن كل مادة لها فجوة مختلفة في نطاق ، فإن الأطوال الموجية للفوتونات المنبعثة مختلفة ، لذلك يتم تحديد ألوان المصابيح بواسطة المواد الأساسية المستخدمة.