El principio luminoso de los LED

TodoLa luz de trabajo recargable, luz de camping portátilyfaro multifuncionalUtilice bombillas LED. Para comprender el principio de funcionamiento de un diodo LED, primero es necesario comprender los conceptos básicos de los semiconductores. Las propiedades conductoras de los materiales semiconductores se encuentran entre las de los conductores y los aislantes. Sus características únicas son: cuando el semiconductor se expone a la luz y al calor, su conductividad cambia significativamente; añadir pequeñas cantidades de impurezas a un semiconductor puro aumenta considerablemente su capacidad para conducir electricidad. El silicio (Si) y el germanio (Ge) son los semiconductores más utilizados en la electrónica moderna, y poseen cuatro electrones de valencia. Cuando los átomos de silicio o germanio forman un cristal, los átomos vecinos interactúan entre sí, de modo que los electrones de valencia se comparten entre ambos, formando así una estructura de enlace covalente en el cristal, una estructura molecular con poca restricción. A temperatura ambiente (300 K), la excitación térmica provoca que algunos electrones de valencia adquieran la energía suficiente para romper el enlace covalente y convertirse en electrones libres; este proceso se denomina excitación intrínseca. Tras la liberación del electrón, se genera una vacante en el enlace covalente. Esta vacante se denomina agujero. La presencia de un agujero es una característica importante que distingue un semiconductor de un conductor.

Cuando se añade una pequeña cantidad de impureza pentavalente, como el fósforo, a un semiconductor intrínseco, este adquiere un electrón adicional tras formar un enlace covalente con otros átomos del semiconductor. Este electrón extra requiere muy poca energía para romper el enlace y convertirse en un electrón libre. Este tipo de semiconductor con impurezas se denomina semiconductor electrónico (semiconductor tipo N). Sin embargo, al añadir una pequeña cantidad de impurezas elementales trivalentes (como el boro) a un semiconductor intrínseco, dado que este solo posee tres electrones en su capa externa, tras formar un enlace covalente con los átomos del semiconductor circundantes, se crea una vacante en el cristal. Este tipo de semiconductor con impurezas se denomina semiconductor de huecos (semiconductor tipo P). Al combinar semiconductores tipo N y tipo P, existe una diferencia en la concentración de electrones y huecos libres en su unión. Tanto electrones como huecos se difunden hacia la zona de menor concentración, dejando iones cargados pero inmóviles que destruyen la neutralidad eléctrica original de las regiones tipo N y tipo P. Estas partículas cargadas inmóviles a menudo se denominan cargas espaciales, y se concentran cerca de la interfaz de las regiones N y P para formar una región muy delgada de carga espacial, que se conoce como unión PN.

Cuando se aplica una tensión directa a ambos extremos de la unión PN (tensión positiva a un lado del tipo P), los huecos y los electrones libres se mueven entre sí, creando un campo eléctrico interno. Los huecos recién inyectados se recombinan con los electrones libres, liberando en ocasiones energía en forma de fotones, que es la luz que vemos emitida por los LED. Este espectro es relativamente estrecho y, dado que cada material tiene una banda prohibida diferente, las longitudes de onda de los fotones emitidos varían, por lo que los colores de los LED están determinados por los materiales utilizados.