El principio luminoso de los LED

Todola luz de trabajo recargable, luz portátil para acamparyfaro multifuncionalUtilice el tipo de bombilla LED. Para comprender el principio del diodo LED, primero es necesario comprender los conocimientos 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 es estimulado por luz y calor externos, su capacidad conductora cambia significativamente; la adición de pequeñas cantidades de impurezas a un semiconductor puro aumenta significativamente su capacidad de conducir electricidad. El silicio (Si) y el germanio (Ge) son los semiconductores más utilizados en la electrónica moderna, y sus electrones externos son cuatro. Cuando los átomos de silicio o germanio forman un cristal, los átomos vecinos interactúan entre sí, de modo que los electrones externos se comparten entre los dos átomos, lo que forma la estructura de enlace covalente en el cristal, que es una estructura molecular con poca capacidad de restricción. A temperatura ambiente (300 K), la excitación térmica hará que algunos electrones externos obtengan suficiente energía para romper el enlace covalente y convertirse en electrones libres; este proceso se denomina excitación intrínseca. Después de que el electrón se libera, queda una vacante en el enlace covalente. Este espacio vacío se denomina hueco. La presencia de un hueco es una característica importante que distingue a un semiconductor de un conductor.

Cuando se añade una pequeña cantidad de impureza pentavalente, como el fósforo, a un semiconductor intrínseco, este tendrá un electrón adicional tras formar un enlace covalente con otros átomos del semiconductor. Este electrón adicional solo necesita una energía muy pequeña para romper el enlace y convertirse en un electrón libre. Este tipo de semiconductor con impurezas se denomina semiconductor electrónico (semiconductor de tipo N). Sin embargo, al añadir una pequeña cantidad de impurezas elementales trivalentes (como el boro, etc.) al semiconductor intrínseco, dado que solo tiene tres electrones en la capa externa, tras formar un enlace covalente con los átomos del semiconductor circundante, se creará una vacante en el cristal. Este tipo de semiconductor con impurezas se denomina semiconductor de huecos (semiconductor de tipo P). Cuando se combinan semiconductores de tipo N y de tipo P, existe una diferencia en la concentración de electrones y huecos libres en su unión. Tanto los electrones como los huecos se difunden hacia la región de menor concentración, dejando atrás iones cargados pero inmóviles que destruyen la neutralidad eléctrica original de las regiones de tipo N y de tipo P. Estas partículas cargadas inmóviles suelen denominarse cargas espaciales, y se concentran cerca de la interfaz de las regiones N y P para formar una región muy delgada de carga espacial, conocida 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 a veces un exceso de 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 básicos utilizados.