Diode Led

Introducere

Diodele emițătoare de lumină vizibilă sunt utilizate în cantități mari ca indicatori pilot, dispozitive de afișare numerică și dispozitive de afișare cu bare, atât pentru aplicații casnice, cât și pentru echipamente industriale, acest lucru se datorează marilor lor avantaje care sunt: greutate și spațiu neglijabil, preț moderat și într-o oarecare măsură o mică inerție, care permite vizualizarea nu numai a două stări logice, ci și a fenomenelor ale căror caracteristici variază progresiv.

Acronimul său provine din engleză (Light Emitting Diode): Led.

La fel ca alte dispozitive de afișare, LED-urile pot oferi lumină roșie, verde și albastră. Materialul unui Led este compus în principal dintr-o combinație de semiconductori.
GaP este utilizat în LED-urile cu lumină roșie sau verde; GaAsP pentru emițătoare de lumină roșie, portocalie sau galbenă și GaAlAs pentru LED-uri de lumină roșie. Materiale precum SiC, GaN, ZnSe și ZnS au fost utilizate pentru emițătoarele albastre.

Principiul fizic

Fenomenul emisiei de lumină se bazează pe teoria benzilor, prin care o tensiune externă aplicată unei joncțiuni p-n direct polarizate excită electronii, astfel încât aceștia să poată traversa banda de energie care separă cele două regiuni.
Dacă energia este suficientă, electronii scapă din material sub formă de fotoni.
Fiecare material semiconductor are anumite caracteristici și, prin urmare, o lungime de undă a luminii emise.

Material	Lungime de undă	Culoare
GaAs: Zn	9000 Е	Infraroşu
GaAsP.4	6600 Е	roșu
GaAsP.5	6100 Е	Chihlimbar
GaAsP.85: N	5900 Е	Galben
GaP: N	5600 Е	Verde

Tabelul 1. Lungimile de undă ale unoraCompuși de galiu

Spre deosebire de lămpile cu incandescență a căror funcționare este de o anumită tensiune, LED-urile funcționează după curentul care curge prin ele. Conexiunea sa la o sursă de tensiune constantă trebuie protejată printr-o rezistență limitativă, vom vedea câteva exemple mai târziu.

Teoria benzilor

La izolatori, banda inferioară mai puțin energetică (banda de valență) este completă cu e-urile interne ale atomilor, dar banda superioară (banda de conducție) este goală și separată de o bandă interzisă foarte largă (

10 eV), imposibil de parcurs cu un e-. În cazul conductorilor, benzile de conducere și valență sunt suprapuse, astfel încât orice intrare de energie este suficientă pentru a produce o deplasare a electronilor.
Între ambele cazuri sunt semiconductori, a căror structură a benzii este foarte asemănătoare cu izolatorii, dar cu diferența că lățimea benzii interzise este destul de mică. Semiconductorii sunt, prin urmare, izolatori în condiții normale, dar o creștere a temperaturii asigură suficientă energie electronilor, astfel încât, prin sărirea benzii interzise, să treacă către banda de conducere, lăsând decalajul corespunzător în banda de valență. (figura 2)

În cazul diodelor Led, electronii reușesc să sară din structură sub formă de radiație pe care o percepem ca lumină (fotoni).

Compoziția LED-urilor

Led roșu

Formată de GaP, este formată dintr-o joncțiune p-n obținută prin metoda de creștere epitaxială a cristalului în faza sa lichidă, pe un substrat.
Sursa de lumină este alcătuită dintr-un strat de cristal p împreună cu un complex ZnO, a cărui concentrație maximă este limitată, astfel încât luminozitatea sa este saturată la densități mari de curent. Acest tip de Led funcționează cu densități reduse de curent oferind o luminozitate bună, fiind folosit ca dispozitiv de afișare în echipamente portabile.

Cel constituit de GaAsP constă dintr-un strat p obținut prin difuzia Zn în timpul creșterii unui cristal n de GaAsP, format într-un substrat de GaAs, prin metoda creșterii epitaxiale în fază gazoasă.
În prezent, LED-urile GaAlAs sunt utilizate datorită luminozității lor mai mari.
Radiația maximă este la lungimea de undă 660 nm. (figura 3)

Led portocaliu și galben

Acestea sunt compuse din GaAsP ca frații lor roșii, dar în acest caz pentru a obține lumina portocalie și galbenă, precum și lumina cu o lungime de undă mai mică, ceea ce facem este să lărgim lățimea „benzii interzise” prin creșterea fosforului în semiconductori.
Fabricarea sa este aceeași cu cea utilizată pentru diodele roșii, datorită creșterii epitaxiale a cristalului în faza gazoasă, formarea joncțiunii p-n se realizează prin difuzia Zn.
Ca o noutate importantă în aceste LED-uri, zona de emisie este amestecată cu o capcană de azot izoelectronică pentru a îmbunătăți performanța.

Led verde

LED-ul verde este compus din GaP. Metoda de creștere epitaxială a cristalului în fază lichidă este utilizată pentru a forma joncțiunea p-n.
La fel ca LED-urile galbene, o capcană de azot izoelectronică este, de asemenea, utilizată pentru a îmbunătăți performanța. Deoarece acest tip de Led are o probabilitate redusă de tranziție fotonică, este important să îmbunătățim cristalinitatea stratului n. Reducerea impurităților pe durata lungă de viață a purtătorilor, îmbunătățind cristalinitatea.
Emisia sa maximă este atinsă la lungimea de undă 555 nm

Criterii de selecție

1. Dimensiunile diodei și culoarea

În prezent, LED-urile au dimensiuni, forme și culori diferite. Avem LED-uri rotunde, pătrate, dreptunghiulare, triunghiulare și cu forme diferite.
Culorile de bază sunt roșu, verde și albastru, deși le putem găsi portocaliu, galben există chiar și un LED cu lumină albă.
Dimensiunile LED-urilor rotunde sunt de 3mm, 5mm, 10mm și un gigant de 20mm. Cei cu forme polihidrice au de obicei dimensiuni aproximative de 5x5mm.