Светодиоды бывают разные. Они отличаются конструкцией, типом и много ещё чем. Но есть один очень интересный признак, о котором сразу и не подумаешь. Светодиоды бывают разных цветов.
Многие уверены, что цвет светодиода определяется цветом плафона, в котором расположена светящаяся точка. В общем-то, если не вникать в физику процесса, то можно действительно так подумать. Ведь классические светодиоды, которые мы обсуждаем, выглядят именно как цветные полупрозрачные изделия.
Впрочем, частенько действительно цвет светодиода определяется именно цветом корпуса и этот приём широко использовали на практике. Но нам это не столь интересно, поскольку это совершенно очевидно.
Есть кое-что сложнее. Любой светодиод - это полупроводник. В полупроводнике, как это водится, есть дырки и электроны.
Когда через светодиод пропускается электрический ток, электроны и дырки переходят из одной области полупроводника в другую (происходит p-n переход). При этом они испускают фотоны, которые и создают видимый свет.
Именно это явление приводит к свечению. Тут стоит вспомнить природу самого света. Цвет определяется длиной волны видимого излучения. Светодиоды могут испускать свет только определенной длины волны, что и определяет их цвет.
Для понимания стоит ещё глубже изучить информацию об устройстве светодиода. В конечном итоге всё упирается в энергию, но к этому вернемся чуть позже.
Попробуем описать процесс простым образом. Любой светодиод (и следовательно полупроводник) состоит из слоя n-типа и p-типа. Один содержит много электронов, а другой - вакантных мест. Причем, дырок или электронов (в зависимости от типа полупроводника) в каждом конкретном случае будет значительно больше. В каких-то диодах избыток дырок, а в каких-то - электронов.
Важно понимать, что между двумя фрагментами p и n типов образуется так называемая запрещенная зона. Электрон или дырка способны перепрыгнуть её только если будет приложено электрическое поле в нужном направлении. Читай как "диод будет подключен в правильной полярности".
Именно в процессе "перепрыгивания" в случае светодиода происходит испускание энергии в виде фотона и диод светится. Ширина запрещенной зоны определяет цвет свечения.
Чем меньше такой барьер, тем легче его перепрыгнуть и тем меньше энергии у фотона останется. Меньше энергия - больше длина волны при свечении. Поэтому, технически проще всего было сделать красный светодиод.
"Сделать" - это значит подобрать такие элементы, кристаллы которых могут быть легированы примесями, увеличивающими количество электронов или дырок, а ещё проявлять свойства светодиода.
Дальше простая логика - чем холоднее будет свет, тем меньше длина волны. Попасть в этот цветовой диапазон сложнее. Частица или вообще не допрыгнет до края барьера и светодиод не засветится, или упрется где-то в зеленую зону.
Сложнее всего сделать синий светодиод и эта разработка была сопряжена с большими сложностями. Главная трудность заключается в поиске хорошего кристалла для формирования промежуточного слоя. Долгое время такое не получалось.
Чтобы диод излучал синий свет, необходим материал с большой шириной запрещенной зоны. Это связано с тем, что энергия фотонов в синем диапазоне электромагнитного спектра почти в два раза больше, чем в красном.
Но, в конченом итоге, удалось подобрать нужные материалы. Это вышло сделать у Сюзи Накамуры. Накамура работал с двумя основными кандидатами на материал для светодиода: селенид цинка и нитрид галлия. В итоге основным выбран был нитрид галлия. Сложно было изготовить легированный кристалл с правильными прааметрами.
Накамуре пришлось разработать собственный агрегат для выращивания кристалла нитрида галлия. К концу 1992 года результат всё-таки был достигнут и стало возможно производить синие светодиоды. До этого момента технологический процесс представлялся буквально-таки невыполнимым.
⚡ Обязательно подпишитесь на мой Telegram про Изобретения!
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!