Led diódák

Bevezetés

A látható fénykibocsátó diódákat nagy mennyiségben használják pilotjelzőként, numerikus megjelenítő eszközként és oszlopkijelző eszközként, mind a háztartási alkalmazásokhoz, mind az ipari berendezésekhez, ez nagy előnyeiknek köszönhető, amelyek: elhanyagolható súly és hely, mérsékelt ár és bizonyos mértékig egy kis tehetetlenség, amely nemcsak két logikai állapotot képes megjeleníteni, hanem olyan jelenségeket is, amelyek jellemzői fokozatosan változnak.

Betűszava az angolból (Light Emitting Diode) származik: Led.

A többi kijelzőeszközhöz hasonlóan a LED-ek is piros, zöld és kék fényt adhatnak. A Led anyaga főleg félvezető kombinációból áll.
A GaP-t piros vagy zöld fénykibocsátó LED-ekben használják; GaAsP a vörös, narancssárga vagy sárga fénykibocsátókhoz és GaAlA a vörös fényű LED-ekhez. A kék kibocsátókhoz olyan anyagokat használtak, mint SiC, GaN, ZnSe és ZnS.

Fizikai elv

A fénykibocsátás jelensége a sávelméleten alapszik, amely által a közvetlenül polarizált p-n kereszteződésre alkalmazott külső feszültség gerjeszti az elektronokat, így képesek átlépni a két régiót elválasztó energiasávot.
Ha az energia elegendő, az elektronok fotonok formájában távoznak az anyagból.
Minden félvezető anyagnak vannak bizonyos jellemzői, és ezért a kibocsátott fény hullámhossza.

Anyag	Hullámhossz	Szín
GaAs: Zn	9000 Е	Infravörös
GaAsP.4	6600 Е	Piros
GaAsP.5	6100 Е	Borostyán
GaAsP.85: N	5900 Е	Sárga
GaP: N	5600 Е	Zöld

1. táblázat Néhány hullámhosszaGallium vegyületek

Ellentétben az izzólámpákkal, amelyek bizonyos feszültséggel működnek, a LED-ek a rajtuk keresztül áramló áram szerint működnek. Állandó feszültségforráshoz való csatlakozását korlátozó ellenállással kell védeni, néhány példát később láthatunk.

Sávelmélet

A szigetelőkben az alsó kevésbé energikus sáv (valencia sáv) teljes az atomok belső e-jével, de a felső sáv (vezetési sáv) üres és nagyon széles tiltott sáv választja el (

10 eV), e-vel lehetetlen áthaladni. Vezetők esetén a vezető és a vegyérték sávok egymásra helyezkednek, így minden energiabevitel elegendő az elektronok elmozdulásának előidézéséhez.
Mindkét eset között vannak olyan félvezetők, amelyek sávszerkezete nagyon hasonlít a szigetelőkhöz, de azzal a különbséggel, hogy a tiltott sáv szélessége meglehetősen kicsi. A félvezetők tehát normál körülmények között szigetelők, de a hőmérséklet emelkedése elegendő energiát szolgáltat az elektronoknak, így a tiltott sávot kihagyva átjutnak a vezetősávba, így a megfelelő rés a vegyérték sávban marad. (2. ábra)

A Led diódák esetében az elektronoknak sikerül kiugraniuk a szerkezetből sugárzás formájában, amelyet fényként érzékelünk (fotonok).

A LED-ek összetétele

• Piros Led

A GaP által alkotott p-n elágazásból áll, amelyet folyékony fázisában a kristály epitaxiális növekedési módszerével kapunk, egy hordozón.
A fényforrás egy p-kristály rétegből és egy ZnO komplexből áll, amelynek maximális koncentrációja korlátozott, így fénysűrűsége nagy áramsűrűségnél telített. Ez a típusú Led alacsony áramsűrűséggel működik, jó fényerőt kínál, és hordozható berendezésekben kijelző eszközként használják.

A GaAsP által alkotott réteg egy p rétegből áll, amelyet Zn diffúziójával kapunk, amikor GaAsP szubsztráton képződött GaAsP n kristálya szaporodik, a gázfázis epitaxiális növekedésének módszerével.
Jelenleg a GaAlAs LED-eket használják nagyobb fényerejük miatt.
A maximális sugárzás a 660 nm hullámhosszon van. (3. ábra)

• Narancs és sárga led

GaAsP-ből állnak, mint vörös testvéreik, de ebben az esetben a narancssárga és a sárga, valamint a rövidebb hullámhosszúságú fény megszerzéséhez a félvezető foszfor növelésével növeljük a "tiltott sáv" szélességét.
Előállítása megegyezik a vörös diódákéval, mivel a kristály epitaxiális növekedése a gázfázisban a p-n kereszteződés kialakulását Zn diffúziójával hajtják végre.
Fontos újdonságként ezekben a LED-ekben a kibocsátó területet izoelektronikus nitrogéncsapdával keverik a teljesítmény javítása érdekében.

• Zöld Led

A zöld LED GaP-ből áll. A folyékony fázisú kristályos epitaxiális növekedési módszert alkalmazzuk a p-n csomópont kialakításához.
A sárga LED-ekhez hasonlóan izoelektronikus nitrogénfogót is használnak a teljesítmény javításához. Mivel ennek a Led-típusnak alacsony a fotonikus átmenetének valószínűsége, fontos az n réteg kristályosságának javítása. A szennyeződések csökkentése a hordozók hosszú élettartama alatt, javítva a kristályosságot.
Maximális emisszióját 555 nm hullámhosszon érik el

Kiválasztási feltételek

1. A dióda méretei és színe

Jelenleg a LED-ek különböző méretűek, formájúak és színűek. Kerek, négyzet alakú, téglalap alakú, háromszög alakú és különböző alakú LED-ekkel rendelkezünk.
Az alapszínek vörös, zöld és kék, bár narancssárgának, sárgának találhatjuk őket, még egy fehér LED is világít.
A kerek LED-ek méretei 3 mm, 5 mm, 10 mm és egy óriási 20 mm. A polihidrid alakúak méretei megközelítőleg 5x5 mm.

---