LED диоди

Въведение

Видимите диоди, излъчващи светлина, се използват в големи количества като пилотни индикатори, цифрови устройства за показване и лентови дисплеи, както за битови приложения, така и за промишлено оборудване, това се дължи на големите им предимства, които са: незначително тегло и пространство, умерена цена и до известна степен малка инерция, която позволява да се визуализират не само две логически състояния, но и явления, чиито характеристики се променят прогресивно.

Съкращението му идва от английски (Light Emitting Diode): Led.

Подобно на други дисплейни устройства, светодиодите могат да осигуряват червена, зелена и синя светлина. Материалът на Led се състои главно от полупроводникова комбинация.
GaP се използва в червени или зелени светодиоди, излъчващи светлина; GaAsP за червени, оранжеви или жълти излъчватели на светлина и GaAlAs за светодиоди с червена светлина. Материали като SiC, GaN, ZnSe и ZnS са използвани за сини излъчватели.

Физически принцип

Феноменът на излъчване на светлина се основава на лентовата теория, чрез която външно напрежение, приложено към директно поляризиран p-n преход, възбужда електроните, така че те да могат да пресичат енергийната лента, която разделя двете области.
Ако енергията е достатъчна, електроните излизат от материала под формата на фотони.
Всеки полупроводников материал има определени характеристики, които и следователно дължина на вълната на излъчваната светлина.

Материал	Дължина на вълната	Цвят
GaAs: Zn	9000 Е	Инфрачервена
GaAsP.4	6600 Е	червен
GaAsP.5	6100 Е	Амбър
GaAsP.85: N	5900 Е	Жълто
GaP: N	5600 Е	Зелено

Таблица 1. Дължини на вълните на някоиГалиеви съединения

За разлика от лампите с нажежаема жичка, чиято работа е от определено напрежение, светодиодите работят от тока, който преминава през тях. Неговата връзка с източник с постоянно напрежение трябва да бъде защитена с ограничаващо съпротивление, ще видим някои примери по-късно.

Теория на лентата

В изолаторите долната по-малко енергийна лента (валентна лента) е пълна с вътрешните e на атомите, но горната лента (проводимостта) е празна и разделена от много широка забранена лента

10 eV), невъзможно да се премине с e-. В случай на проводници, проводимостта и валентните ленти се наслагват, така че всеки принос на енергия е достатъчен, за да предизвика изместване на електроните.
Между двата случая има полупроводници, чиято лентова структура е много подобна на изолаторите, но с тази разлика, че ширината на забранената лента е доста малка. Следователно полупроводниците са изолатори при нормални условия, но повишаването на температурата осигурява достатъчно енергия на електроните, така че, прескачайки забранената лента, те преминават към проводимата зона, оставяйки съответната празнина във валентната лента. (фигура 2)

В случай на LED диоди, електроните успяват да изскочат от структурата под формата на радиация, която ние възприемаме като светлина (фотони).

Състав на светодиодите

• Red Led

Образуван от GaP, той се състои от p-n преход, получен чрез епитаксиален метод на растеж на кристала в течната му фаза, върху субстрат.
Източникът на светлина се състои от p-кристален слой заедно със ZnO комплекс, чиято максимална концентрация е ограничена, така че неговата яркост е наситена при висока плътност на тока. Този тип Led работи с ниска плътност на тока, предлагаща добра яркост, като се използва като дисплей в преносимо оборудване.

Съставеният от GaAsP се състои от p слой, получен чрез дифузия на Zn по време на растежа на кристал n на GaAsP, образуван върху GaAs подложка, по метода на епитаксиален растеж в газовата фаза.
Понастоящем се използват GaAlAs светодиоди поради тяхната по-голяма светимост.
Максималната радиация е при дължина на вълната 660 nm. (фигура 3)

• Оранжево и жълто led

Те са съставени от GaAsP като техните червени братя, но в този случай, за да получим оранжева и жълта светлина, както и светлина с по-къса дължина на вълната, това, което правим, е да разширим ширината на „забранената лента“ чрез увеличаване на фосфора в полупроводника.
Производството му е същото като това, използвано за червени диоди, чрез епитаксиален растеж на кристала в газовата фаза, образуването на p-n прехода се извършва чрез дифузия на Zn.
Като важна новост в тези светодиоди, излъчващата зона се смесва с изоелектронен азотен уловител, за да се подобри производителността.

• Зелено светодиодно

Зеленият светодиод е съставен от GaP. Методът на епитаксиален растеж на течна фаза на кристали се използва за образуване на p-n връзката.
Подобно на жълтите светодиоди, изоелектронният азотен капан също се използва за подобряване на производителността. Тъй като този тип Led има малка вероятност за фотонен преход, е важно да се подобри кристалността на слой n. Намаляването на примесите през дългия живот на носителите, подобряване на кристалността.
Максималното му излъчване се постига при дължина на вълната 555 nm

Критерии за подбор

1. Диодни размери и цвят

В момента светодиодите имат различни размери, форми и цветове. Разполагаме с кръгли, квадратни, правоъгълни, триъгълни светодиоди и с различни форми.
Основните цветове са червено, зелено и синьо, въпреки че можем да ги намерим оранжеви, жълти има дори бял светодиод.
Размерите на кръглите светодиоди са 3 мм, 5 мм, 10 мм и гигантски 20 мм. Тези с многоатомни форми обикновено имат приблизителни размери 5x5mm.

---