Das Gerät und Funktionsprinzip von LEDs. Schema, Beschreibung

ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
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LEDs. Das Gerät und Funktionsprinzip von LEDs. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / LEDs

LED (abgekürzt LED – Light Emitting Diode, in der englischen Version LED – Light Emitting Duods) ist ein Halbleiterbauelement mit einem Elektron-Loch-pn-Übergang oder einem Metall-Halbleiter-Kontakt, der (wenn ein elektrischer Strom durch ihn fließt) optische (sichtbare, UV-, IR-Strahlung.

Denken Sie daran, dass ein pn-Übergang ein „Baustein“ der Halbleiterelektroniktechnologie ist, der zwei miteinander verbundene Teile eines Halbleiters mit unterschiedlicher Leitfähigkeit darstellt (eines mit einem Überschuss an Elektronen – „n-Typ“, das zweite mit einem Überschuss an Löchern – „p-Typ“). Wenn Sie eine „Durchlassvorspannung“ an den pn-Übergang anlegen, also eine elektrische Stromquelle mit Plus an den p-Teil anschließen, fließt Strom durch ihn.

Uns interessiert, was passiert, nachdem ein Strom durch einen direkt vorgespannten pn-Übergang geflossen ist, nämlich Moment der Rekombination (Verbindung) elektrischer Ladungsträger - Elektronen und Löcher, wenn negativ geladene Elektronen in positiv geladenen Ionen des Kristallgitters eines Halbleiters „einen Zufluchtsort finden“. Es stellt sich heraus, dass eine solche Rekombination strahlend sein kann, während im Moment der Begegnung eines Elektrons und eines Lochs Energie in Form der Strahlung eines Lichtquants freigesetzt wird – Photon.

Aber nicht jeder pn-Übergang sendet Licht aus. Warum? Erstens sollte die Bandlücke im aktiven Bereich der LED nahe an der Energie von Lichtquanten im sichtbaren Bereich liegen. Zweitens sollte die Wahrscheinlichkeit einer Emission während der Rekombination von Elektron-Loch-Paaren hoch sein. Dazu muss der Halbleiterkristall wenige Defekte enthalten, wodurch die Rekombination ohne Strahlung erfolgt. Diese Bedingungen widersprechen sich zum Teil.

Um jedoch beide Bedingungen zu erfüllen, reicht ein pn-Übergang im Kristall nicht aus. Es ist notwendig, mehrschichtige Halbleiterstrukturen herzustellen, die sogenannten Heterostrukturen. Für die Untersuchung dieser Strukturen erhielt der russische Physiker Zhores Zh. I. Alferov (Akademiker, Direktor des Physikalisch-Technischen Instituts A. F. Ioffe, Träger des Lenin-Preises) die Goldmedaille der American Physical Society für Studien zu Heterostrukturen basierend auf Ga_1-xAl_xWie damals in den 70ern.

Als im Jahr 2000 klar wurde, wie wichtig diese Werke für die Entwicklung von Wissenschaft und Technik sind, wie wichtig ihre praktische Anwendung für die Menschheit ist, wurde ihm der Nobelpreis verliehen.

Autor: Koryakin-Chernyak S.L.

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