Dioda pemancar cahaya adalah dioda khusus. Seperti dioda biasa, dioda pemancar cahaya terdiri dari chip semikonduktor. Bahan semikonduktor ini telah ditanamkan atau didoping untuk menghasilkan struktur p dan n.
Seperti dioda lainnya, arus pada dioda pemancar cahaya dapat dengan mudah mengalir dari kutub p (anoda) ke kutub n (katoda), namun tidak dalam arah yang berlawanan. Dua pembawa berbeda: lubang dan elektron mengalir dari elektroda ke struktur p dan n di bawah tegangan elektroda berbeda. Ketika lubang dan elektron bertemu dan bergabung kembali, elektron turun ke tingkat energi yang lebih rendah dan melepaskan energi dalam bentuk foton (foton sering kita sebut cahaya).
Panjang gelombang (warna) cahaya yang dipancarkannya ditentukan oleh energi celah pita bahan semikonduktor penyusun struktur p dan n.
Karena silikon dan germanium merupakan bahan celah pita tidak langsung, pada suhu kamar, rekombinasi elektron dan lubang pada bahan ini merupakan transisi non-radiasi. Transisi tersebut tidak melepaskan foton, namun mengubah energi menjadi energi panas. Oleh karena itu, dioda silikon dan germanium tidak dapat memancarkan cahaya (mereka akan memancarkan cahaya pada suhu spesifik yang sangat rendah, yang harus dideteksi pada sudut khusus, dan kecerahan cahayanya tidak terlihat jelas).
Bahan yang digunakan pada dioda pemancar cahaya semuanya merupakan bahan celah pita langsung, sehingga energi yang dilepaskan dalam bentuk foton. Energi pita terlarang ini sesuai dengan energi cahaya pada pita inframerah dekat, sinar tampak, atau ultraviolet dekat.
Model ini mensimulasikan LED yang memancarkan cahaya di bagian inframerah dari spektrum elektromagnetik.
Pada tahap awal pengembangan, dioda pemancar cahaya yang menggunakan gallium arsenide (GaAs) hanya dapat memancarkan cahaya inframerah atau merah. Dengan kemajuan ilmu material, dioda pemancar cahaya yang baru dikembangkan dapat memancarkan gelombang cahaya dengan frekuensi yang semakin tinggi. Saat ini, dioda pemancar cahaya dengan berbagai warna dapat dibuat.
Dioda biasanya dibuat pada substrat tipe-N, dengan lapisan semikonduktor tipe-P diendapkan pada permukaannya dan dihubungkan bersama dengan elektroda. Substrat tipe P kurang umum, tetapi juga digunakan. Banyak dioda pemancar cahaya komersial, terutama GaN/InGaN, juga menggunakan substrat safir.
Kebanyakan bahan yang digunakan untuk membuat LED memiliki indeks bias yang sangat tinggi. Ini berarti bahwa sebagian besar gelombang cahaya dipantulkan kembali ke material pada antarmuka dengan udara. Oleh karena itu, ekstraksi gelombang cahaya merupakan topik penting untuk LED, dan banyak penelitian dan pengembangan difokuskan pada topik ini.
Perbedaan utama antara LED (light emitting diodes) dan dioda biasa adalah bahan dan strukturnya, yang menyebabkan perbedaan signifikan dalam efisiensinya dalam mengubah energi listrik menjadi energi cahaya. Berikut adalah beberapa poin penting untuk menjelaskan mengapa LED dapat memancarkan cahaya dan dioda biasa tidak:
Bahan yang berbeda:LED menggunakan bahan semikonduktor III-V seperti galium arsenida (GaAs), galium fosfida (GaP), galium nitrida (GaN), dll. Bahan-bahan ini memiliki celah pita langsung, memungkinkan elektron melompat langsung dan melepaskan foton (cahaya). Dioda biasa biasanya menggunakan silikon atau germanium, yang memiliki celah pita tidak langsung, dan lompatan elektron terutama terjadi dalam bentuk pelepasan energi panas, bukan cahaya.
Struktur berbeda:Struktur LED dirancang untuk mengoptimalkan pembangkitan dan emisi cahaya. LED biasanya menambahkan dopan dan struktur lapisan tertentu pada sambungan pn untuk mendorong pembentukan dan pelepasan foton. Dioda biasa dirancang untuk mengoptimalkan fungsi penyearah arus dan tidak fokus pada pembangkitan cahaya.
Celah pita energi:Bahan LED memiliki energi celah pita yang besar, artinya energi yang dilepaskan elektron selama transisi cukup tinggi untuk muncul dalam bentuk cahaya. Energi celah pita material dioda biasa kecil, dan sebagian besar elektron dilepaskan dalam bentuk panas ketika bertransisi.
Mekanisme pendaran:Ketika sambungan pn LED berada dalam bias maju, elektron berpindah dari daerah n ke daerah p, bergabung kembali dengan lubang, dan melepaskan energi dalam bentuk foton untuk menghasilkan cahaya. Pada dioda biasa, rekombinasi elektron dan lubang terutama terjadi dalam bentuk rekombinasi nonradiatif, yaitu energi yang dilepaskan dalam bentuk panas.
Perbedaan ini memungkinkan LED memancarkan cahaya saat bekerja, sedangkan dioda biasa tidak.
Artikel ini berasal dari Internet dan hak cipta adalah milik penulis aslinya
Waktu posting: 01 Agustus-2024