LED- ის მანათობელი პრინციპი

ყველადატენვის სამუშაო შუქი, პორტატული კემპინგის შუქიდამრავალფუნქციური ფარებიგამოიყენეთ LED ბოლქვის ტიპი. დიოდური LED- ის პრინციპის გასაგებად, პირველ რიგში, რომ გაიგოს ნახევარგამტარების ძირითადი ცოდნა. ნახევარგამტარული მასალების გამტარობის თვისებებია დირიჟორებსა და იზოლატორებს შორის. მისი უნიკალური თვისებებია: როდესაც ნახევარგამტარული სტიმულირდება გარე შუქით და სითბოს პირობებით, მისი გამტარობის უნარი მნიშვნელოვნად შეიცვლება; მცირე რაოდენობით მინარევების დამატება სუფთა ნახევარგამტარში მნიშვნელოვნად ზრდის ელექტროენერგიის ჩატარების უნარს. სილიკონი (SI) და გერმანიუმი (GE) ყველაზე ხშირად იყენებენ ნახევარგამტარებს თანამედროვე ელექტრონიკაში, ხოლო მათი გარე ელექტრონები ოთხია. როდესაც სილიკონის ან გერმანიუმის ატომები ქმნიან ბროლს, მეზობელი ატომები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, ისე, რომ გარე ელექტრონები გახდნენ ორი ატომის მიერ, რომელიც ქმნის კოვალენტური ბონდის სტრუქტურას ბროლში, რაც არის მოლეკულური სტრუქტურა, რომელსაც აქვს მცირე შეზღუდვის უნარი. ოთახის ტემპერატურაზე (300K), თერმული აგზნება აიძულებს ზოგიერთ გარე ელექტრონს მიიღოს საკმარისი ენერგია კოვალენტური კავშირისგან თავის არიდების მიზნით და გახდეს თავისუფალი ელექტრონები, ამ პროცესს ეწოდება შინაგანი აგზნება. მას შემდეგ, რაც ელექტრონი უსაზღვროა, რომ გახდეს თავისუფალი ელექტრონი, ვაკანსია დარჩა კოვალენტურ კავშირში. ამ ვაკანსიას უწოდებენ ხვრელს. ხვრელის გამოჩენა მნიშვნელოვანი თვისებაა, რომელიც განასხვავებს ნახევარგამტარს დირიჟორისგან.

როდესაც მცირე რაოდენობით პენტავალენტური მინარევები, როგორიცაა ფოსფორი, ემატება შინაგანი ნახევარგამტარული, მას ექნება დამატებითი ელექტრონი კოვალენტური კავშირის შექმნის შემდეგ, სხვა ნახევარგამტარული ატომებთან. ამ დამატებით ელექტრონს მხოლოდ ძალიან მცირე ენერგია სჭირდება, რომ თავი დაანებოს ობლიგაციას და გახდეს თავისუფალი ელექტრონი. ამ ტიპის მინარევებს ნახევარგამტარული ეწოდება ელექტრონული ნახევარგამტარი (N- ტიპის ნახევარგამტარი). ამასთან, შინაგანი ნახევარგამტარული ტენდენციური ელემენტარული მინარევების მცირე რაოდენობით დამატება (მაგალითად, ბორონი და ა.შ.), რადგან მას აქვს მხოლოდ სამი ელექტრონი გარე ფენაში, მიმდებარე ნახევარგამტარული ატომებთან კოვალენტური კავშირის შექმნის შემდეგ, ის ქმნის ვაკანსიას ბროლში. ამ ტიპის მინარევებს ნახევარგამტარული ეწოდება ხვრელის ნახევარგამტარული (p- ტიპის ნახევარგამტარული). როდესაც N- ტიპის და p- ტიპის ნახევარგამტარები გაერთიანებულია, მათ კვანძზე თავისუფალი ელექტრონების და ხვრელების კონცენტრაციაში განსხვავებაა. ორივე ელექტრონები და ხვრელები გავრცელებულია ქვედა კონცენტრაციისკენ, რის გამოც უკან დატოვებული, მაგრამ უძრავი იონები, რომლებიც ანადგურებენ N- ტიპის და P- ტიპის რეგიონების თავდაპირველ ელექტრულ ნეიტრალიტეტს. ამ უძრავ დატვირთულ ნაწილაკებს ხშირად უწოდებენ სივრცის ბრალდებას და ისინი კონცენტრირებულია N და P რეგიონების ინტერფეისთან ახლოს, რათა შექმნან სივრცის დატენვის ძალიან თხელი რეგიონი, რომელიც ცნობილია როგორც PN Junction.

როდესაც წინა მიკერძოებული ძაბვა გამოიყენება PN შეერთების ორივე ბოლოზე (პოზიტიური ძაბვა P- ტიპის ერთ მხარეს), ხვრელები და თავისუფალი ელექტრონები მოძრაობენ ერთმანეთზე, ქმნიან შიდა ელექტრული ველს. ახლად ინექციური ხვრელები შემდეგ გამოჯანმრთელდება თავისუფალი ელექტრონებით, ზოგჯერ ათავისუფლებს ჭარბი ენერგიას ფოტონების სახით, ეს არის შუქი, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ LED- ების მიერ. ასეთი სპექტრი შედარებით ვიწროა, და რადგან თითოეულ მასალას აქვს სხვადასხვა ჯგუფის უფსკრული, გამოსხივებული ფოტონების ტალღების სიგრძე განსხვავებულია, ამიტომ LED- ების ფერები განისაზღვრება გამოყენებული ძირითადი მასალებით.