LED-ის სინათლის პრინციპი

ყველადატენვადი სამუშაო ნათურა, პორტატული საკემპინგე ნათურადამრავალფუნქციური ფარიგამოიყენეთ LED ტიპის ნათურა. დიოდური LED-ის პრინციპის გასაგებად, პირველ რიგში, უნდა გესმოდეთ ნახევარგამტარების შესახებ ძირითადი ცოდნა. ნახევარგამტარული მასალების გამტარობის თვისებები გამტარებსა და იზოლატორებს შორისაა. მისი უნიკალური მახასიათებლებია: როდესაც ნახევარგამტარი სტიმულირდება გარე სინათლისა და სითბოს პირობებით, მისი გამტარობის უნარი მნიშვნელოვნად იცვლება; სუფთა ნახევარგამტარში მცირე რაოდენობით მინარევების დამატება მნიშვნელოვნად ზრდის მის ელექტროენერგიის გატარების უნარს. სილიციუმი (Si) და გერმანიუმი (Ge) თანამედროვე ელექტრონიკაში ყველაზე ხშირად გამოყენებული ნახევარგამტარებია და მათი გარე ელექტრონები ოთხია. როდესაც სილიციუმის ან გერმანიუმის ატომები ქმნიან კრისტალს, მეზობელი ატომები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, ისე, რომ გარე ელექტრონები ორ ატომს შორის იზიარება, რაც ქმნის კოვალენტურ ბმის სტრუქტურას კრისტალში, რომელიც წარმოადგენს მოლეკულურ სტრუქტურას მცირე შეზღუდვის უნარით. ოთახის ტემპერატურაზე (300K), თერმული აგზნება აიძულებს ზოგიერთ გარე ელექტრონს მიიღოს საკმარისი ენერგია კოვალენტური ბმიდან გამოსასვლელად და თავისუფალ ელექტრონებად გადაქცევისთვის, ამ პროცესს შინაგანი აგზნება ეწოდება. მას შემდეგ, რაც ელექტრონი გათავისუფლდება და თავისუფალ ელექტრონად გადაიქცევა, კოვალენტურ ბმაში ვაკანსია რჩება. ამ ვაკანსიას ხვრელი ეწოდება. ხვრელის გარეგნობა მნიშვნელოვანი მახასიათებელია, რომელიც განასხვავებს ნახევარგამტარს გამტარისგან.

როდესაც შინაგან ნახევარგამტარს ემატება მცირე რაოდენობით ხუთვალენტიანი მინარევი, როგორიცაა ფოსფორი, სხვა ნახევარგამტარულ ატომებთან კოვალენტური ბმის წარმოქმნის შემდეგ, მას ექნება დამატებითი ელექტრონი. ამ დამატებით ელექტრონს მხოლოდ ძალიან მცირე ენერგია სჭირდება ბმის მოსაშორებლად და თავისუფალ ელექტრონად გადასაქცევად. ამ ტიპის მინარევის მქონე ნახევარგამტარს ეწოდება ელექტრონული ნახევარგამტარი (N-ტიპის ნახევარგამტარი). თუმცა, შინაგან ნახევარგამტარს მცირე რაოდენობით სამვალენტიანი ელემენტარული მინარევის (მაგალითად, ბორი და ა.შ.) დამატება, რადგან მას გარე შრეში მხოლოდ სამი ელექტრონი აქვს, მიმდებარე ნახევარგამტარულ ატომებთან კოვალენტური ბმის წარმოქმნის შემდეგ, ის კრისტალში ვაკანსიას შექმნის. ამ ტიპის მინარევის მქონე ნახევარგამტარს ეწოდება ხვრელიანი ნახევარგამტარი (P-ტიპის ნახევარგამტარი). როდესაც N-ტიპის და P-ტიპის ნახევარგამტარები გაერთიანებულია, თავისუფალი ელექტრონებისა და ხვრელების კონცენტრაციაში განსხვავებაა მათ შეერთების ადგილას. როგორც ელექტრონები, ასევე ხვრელები დიფუზირდება უფრო დაბალი კონცენტრაციისკენ, რის შედეგადაც დამუხტული, მაგრამ უძრავი იონები იშლება, რომლებიც არღვევენ N-ტიპის და P-ტიპის რეგიონების საწყის ელექტრულ ნეიტრალიტეტს. ამ უძრავ დამუხტულ ნაწილაკებს ხშირად სივრცულ მუხტებს უწოდებენ და ისინი კონცენტრირდებიან N და P რეგიონების საზღვართან ახლოს და ქმნიან სივრცული მუხტის ძალიან თხელ რეგიონს, რომელიც ცნობილია როგორც PN შეერთება.

როდესაც PN შეერთების ორივე ბოლოზე პირდაპირი მიკერძოების ძაბვა გამოიყენება (P-ტიპის ერთ მხარეს დადებითი ძაბვა), ხვრელები და თავისუფალი ელექტრონები ერთმანეთის გარშემო მოძრაობენ და ქმნიან შიდა ელექტრულ ველს. ახლად შეყვანილი ხვრელები შემდეგ ხელახლა ერწყმის თავისუფალ ელექტრონებს, ზოგჯერ გამოყოფენ ზედმეტ ენერგიას ფოტონების სახით, რაც არის LED-ების მიერ გამოსხივებული სინათლე. ასეთი სპექტრი შედარებით ვიწროა და რადგან თითოეულ მასალას განსხვავებული ზონური უფსკრული აქვს, გამოსხივებული ფოტონების ტალღის სიგრძეები განსხვავებულია, ამიტომ LED-ების ფერები განისაზღვრება გამოყენებული ძირითადი მასალებით.