एलईडीचे प्रकाशमान तत्त्व

सर्वरिचार्जेबल वर्क लाईट, पोर्टेबल कॅम्पिंग लाईटआणिबहुकार्यात्मक हेडलाइटएलईडी बल्बचा प्रकार वापरा. ​​डायोड एलईडीचे तत्त्व समजून घेण्यासाठी, प्रथम सेमीकंडक्टरचे मूलभूत ज्ञान समजून घेणे आवश्यक आहे. सेमीकंडक्टर पदार्थांचे प्रवाहकीय गुणधर्म हे प्रवाहक आणि विसंवाहक यांच्या दरम्यानचे असतात. त्याची वैशिष्ट्ये अशी आहेत: जेव्हा सेमीकंडक्टर बाह्य प्रकाश आणि उष्णतेच्या परिस्थितीत उत्तेजित होतो, तेव्हा त्याची प्रवाहकीय क्षमता लक्षणीयरीत्या बदलते; शुद्ध सेमीकंडक्टरमध्ये अल्प प्रमाणात अशुद्धी मिसळल्यास त्याची वीज वाहून नेण्याची क्षमता लक्षणीयरीत्या वाढते. सिलिकॉन (Si) आणि जर्मेनियम (Ge) हे आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये सर्वाधिक वापरले जाणारे सेमीकंडक्टर आहेत आणि त्यांचे बाह्य इलेक्ट्रॉन चार असतात. जेव्हा सिलिकॉन किंवा जर्मेनियमचे अणू स्फटिक तयार करतात, तेव्हा शेजारील अणू एकमेकांशी आंतरक्रिया करतात, ज्यामुळे बाह्य इलेक्ट्रॉन दोन अणूंमध्ये विभागले जातात, ज्यामुळे स्फटिकामध्ये सहसंयुजी बंधाची रचना तयार होते, जी एक कमी बंधन क्षमता असलेली आण्विक रचना आहे. सामान्य तापमानाला (300K), औष्णिक उत्तेजनामुळे काही बाह्य इलेक्ट्रॉनना सहसंयुजी बंधातून बाहेर पडून मुक्त इलेक्ट्रॉन बनण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा मिळते, या प्रक्रियेला आंतरिक उत्तेजना म्हणतात. इलेक्ट्रॉन बंधातून सुटून मुक्त झाल्यावर, सहसंयुजी बंधात एक जागा रिकामी होते. या रिकाम्या जागेला 'होल' (छिद्र) म्हणतात. होलचे दिसणे हे अर्धवाहकाला वाहकापासून वेगळे करणारे एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य आहे.

जेव्हा नैसर्गिक अर्धसंवाहकामध्ये फॉस्फरससारखी थोडी पंचसंयुजी अशुद्धी मिसळली जाते, तेव्हा इतर अर्धसंवाहक अणूंशी सहसंयुजी बंध तयार झाल्यावर तिच्याकडे एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन असतो. या अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनला बंधातून मुक्त होऊन मुक्त इलेक्ट्रॉन बनण्यासाठी खूप कमी ऊर्जेची आवश्यकता असते. अशा प्रकारच्या अशुद्ध अर्धसंवाहकाला इलेक्ट्रॉनिक अर्धसंवाहक (एन-टाइप अर्धसंवाहक) म्हणतात. तथापि, नैसर्गिक अर्धसंवाहकामध्ये थोडी त्रिसंयुजी मूलद्रव्यीय अशुद्धी (जसे की बोरॉन, इत्यादी) मिसळल्यास, बाह्य थरात फक्त तीन इलेक्ट्रॉन असल्यामुळे, सभोवतालच्या अर्धसंवाहक अणूंशी सहसंयुजी बंध तयार झाल्यावर स्फटिकामध्ये एक पोकळी निर्माण होते. अशा प्रकारच्या अशुद्ध अर्धसंवाहकाला होल अर्धसंवाहक (पी-टाइप अर्धसंवाहक) म्हणतात. जेव्हा एन-टाइप आणि पी-टाइप अर्धसंवाहक एकत्र जोडले जातात, तेव्हा त्यांच्या जंक्शनवर मुक्त इलेक्ट्रॉन आणि होल यांच्या घनतेमध्ये फरक असतो. इलेक्ट्रॉन आणि होल दोन्ही कमी घनतेच्या दिशेने विसरित होतात, ज्यामुळे मागे चार्ज केलेले परंतु अचल आयन राहतात, जे N-प्रकार आणि P-प्रकारच्या क्षेत्रांची मूळ विद्युत तटस्थता नष्ट करतात. या अचल चार्ज केलेल्या कणांना अनेकदा 'स्पेस चार्ज' म्हटले जाते, आणि ते N व P क्षेत्रांच्या इंटरफेसजवळ केंद्रित होऊन स्पेस चार्जचा एक अतिशय पातळ प्रदेश तयार करतात, ज्याला PN जंक्शन म्हणून ओळखले जाते.

जेव्हा पीएन जंक्शनच्या दोन्ही टोकांना फॉरवर्ड बायस व्होल्टेज लावले जाते (पी-टाइपच्या एका बाजूला पॉझिटिव्ह व्होल्टेज), तेव्हा होल्स आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन्स एकमेकांभोवती फिरतात, ज्यामुळे एक अंतर्गत विद्युत क्षेत्र तयार होते. नव्याने इंजेक्ट केलेले होल्स नंतर मुक्त इलेक्ट्रॉन्ससोबत पुनर्संयोग करतात, आणि कधीकधी फोटॉन्सच्या स्वरूपात अतिरिक्त ऊर्जा बाहेर टाकतात; हाच तो प्रकाश आहे जो आपल्याला एलईडीमधून उत्सर्जित होताना दिसतो. असा स्पेक्ट्रम तुलनेने अरुंद असतो, आणि प्रत्येक पदार्थाचा बँड गॅप वेगळा असल्यामुळे, उत्सर्जित होणाऱ्या फोटॉन्सची तरंगलांबी वेगवेगळी असते, त्यामुळे एलईडीचे रंग वापरलेल्या मूलभूत पदार्थांवरून ठरतात.