Egwyddor goleuol LED

Pawby golau gwaith ailwefradwy, golau gwersylla cludadwyalamp pen amlswyddogaetholdefnyddiwch y math o fylbiau LED. I ddeall egwyddor deuod dan arweiniad, yn gyntaf i ddeall y wybodaeth sylfaenol am led-ddargludyddion. Mae priodweddau dargludol deunyddiau lled-ddargludyddion rhwng dargludyddion ac inswleidyddion. Ei nodweddion unigryw yw: pan gaiff y lled-ddargludydd ei ysgogi gan amodau golau a gwres allanol, bydd ei allu dargludol yn newid yn sylweddol; Mae ychwanegu symiau bach o amhureddau at led-ddargludydd pur yn cynyddu ei allu i ddargludo trydan yn sylweddol. Silicon (Si) a germaniwm (Ge) yw'r lled-ddargludyddion a ddefnyddir amlaf mewn electroneg fodern, ac mae eu electronau allanol yn bedwar. Pan fydd atomau silicon neu germaniwm yn ffurfio crisial, mae atomau cyfagos yn rhyngweithio â'i gilydd, fel bod yr electronau allanol yn cael eu rhannu gan y ddau atom, sy'n ffurfio'r strwythur bond cofalent yn y grisial, sef strwythur moleciwlaidd gyda gallu cyfyngu bach. Ar dymheredd ystafell (300K), bydd cyffroi thermol yn gwneud i rai electronau allanol gael digon o egni i dorri i ffwrdd o'r bond cofalent a dod yn electronau rhydd, gelwir y broses hon yn gyffroi mewnol. Ar ôl i'r electron gael ei ddatgysylltu i ddod yn electron rhydd, mae gwagle yn cael ei adael yn y bond cofalent. Gelwir y gwagle hwn yn dwll. Mae ymddangosiad twll yn nodwedd bwysig sy'n gwahaniaethu lled-ddargludydd oddi wrth ddargludydd.

Pan ychwanegir ychydig bach o amhuredd pumfalent fel ffosfforws at y lled-ddargludydd cynhenid, bydd ganddo electron ychwanegol ar ôl ffurfio bond cofalent gydag atomau lled-ddargludyddion eraill. Dim ond ychydig iawn o ynni sydd ei angen ar yr electron ychwanegol hwn i gael gwared ar y bond a dod yn electron rhydd. Gelwir y math hwn o led-ddargludydd amhuredd yn lled-ddargludydd electronig (lled-ddargludydd math-N). Fodd bynnag, os ychwanegir ychydig bach o amhureddau elfennol trifalent (fel boron, ac ati) at y lled-ddargludydd cynhenid, oherwydd mai dim ond tri electron sydd ganddo yn yr haen allanol, ar ôl ffurfio bond cofalent gyda'r atomau lled-ddargludyddion cyfagos, bydd yn creu bwlch yn y grisial. Gelwir y math hwn o led-ddargludydd amhuredd yn lled-ddargludydd twll (lled-ddargludydd math-P). Pan gyfunir lled-ddargludyddion math-N a math-P, mae gwahaniaeth yng nghrynodiad electronau rhydd a thyllau yn eu cyffordd. Mae electronau a thyllau yn cael eu gwasgaru tuag at y crynodiad is, gan adael ïonau â gwefr ond llonydd ar ôl sy'n dinistrio niwtraliaeth drydanol wreiddiol y rhanbarthau math-N a math-P. Yn aml, gelwir y gronynnau gwefredig ansymudol hyn yn wefrau gofod, ac maent wedi'u crynhoi ger rhyngwyneb y rhanbarthau N a P i ffurfio rhanbarth tenau iawn o wefr gofod, a elwir yn gyffordd PN.

Pan gymhwysir foltedd rhagfarn ymlaen i ddau ben y gyffordd PN (foltedd positif i un ochr i'r math-P), mae'r tyllau a'r electronau rhydd yn symud o amgylch ei gilydd, gan greu maes trydan mewnol. Yna mae'r tyllau sydd newydd eu chwistrellu yn ailgyfuno â'r electronau rhydd, gan ryddhau gormod o ynni weithiau ar ffurf ffotonau, sef y golau a welwn yn cael ei allyrru gan LEDs. Mae sbectrwm o'r fath yn gymharol gul, a chan fod gan bob deunydd fwlch band gwahanol, mae tonfeddi'r ffotonau a allyrrir yn wahanol, felly mae lliwiau LEDs yn cael eu pennu gan y deunyddiau sylfaenol a ddefnyddir.