Le principe lumineux de la LED

Tousla lampe de travail rechargeable, lampe de camping portableetlampe frontale multifonctionnelleUtilisez une ampoule LED. Pour comprendre le principe d'une diode LED, il faut d'abord comprendre les bases des semi-conducteurs. Les propriétés conductrices des matériaux semi-conducteurs se situent entre celles des conducteurs et celles des isolants. Leurs caractéristiques uniques sont les suivantes : lorsqu'un semi-conducteur est stimulé par la lumière et la chaleur extérieures, sa conductivité électrique change considérablement. L'ajout de petites quantités d'impuretés à un semi-conducteur pur augmente considérablement sa capacité à conduire l'électricité. Le silicium (Si) et le germanium (Ge) sont les semi-conducteurs les plus couramment utilisés en électronique moderne, et leurs électrons externes sont au nombre de quatre. Lorsque des atomes de silicium ou de germanium forment un cristal, les atomes voisins interagissent, de sorte que les électrons externes sont partagés par les deux atomes, ce qui forme la liaison covalente du cristal, une structure moléculaire à faible capacité de contrainte. À température ambiante (300 K), l'excitation thermique permet à certains électrons externes d'acquérir suffisamment d'énergie pour rompre la liaison covalente et devenir des électrons libres ; ce processus est appelé excitation intrinsèque. Une fois l'électron libéré, une lacune apparaît dans la liaison covalente. Cette lacune est appelée trou. L'apparence d'un trou est une caractéristique importante qui distingue un semi-conducteur d'un conducteur.

Lorsqu'une petite quantité d'impureté pentavalente, telle que le phosphore, est ajoutée au semi-conducteur intrinsèque, celui-ci obtient un électron supplémentaire après avoir formé une liaison covalente avec d'autres atomes semi-conducteurs. Cet électron supplémentaire ne nécessite qu'une très faible énergie pour se libérer de la liaison et devenir un électron libre. Ce type de semi-conducteur impur est appelé semi-conducteur électronique (semi-conducteur de type N). Cependant, l'ajout d'une petite quantité d'impuretés élémentaires trivalentes (telles que le bore, etc.) au semi-conducteur intrinsèque, qui ne possède que trois électrons dans sa couche externe, crée, après avoir formé une liaison covalente avec les atomes semi-conducteurs environnants, une lacune dans le cristal. Ce type de semi-conducteur impur est appelé semi-conducteur à trous (semi-conducteur de type P). Lorsque des semi-conducteurs de type N et de type P sont combinés, il existe une différence de concentration d'électrons libres et de trous à leur jonction. Les électrons et les trous sont diffusés vers la concentration la plus faible, laissant derrière eux des ions chargés mais immobiles qui détruisent la neutralité électrique initiale des régions de type N et de type P. Ces particules chargées immobiles sont souvent appelées charges d'espace et elles sont concentrées près de l'interface des régions N et P pour former une région très fine de charge d'espace, connue sous le nom de jonction PN.

Lorsqu'une tension de polarisation directe est appliquée aux deux extrémités de la jonction PN (tension positive d'un côté de la jonction de type P), les trous et les électrons libres se déplacent les uns autour des autres, créant un champ électrique interne. Les trous nouvellement injectés se recombinent ensuite avec les électrons libres, libérant parfois l'énergie excédentaire sous forme de photons, constituant la lumière émise par les LED. Ce spectre est relativement étroit et, comme chaque matériau possède une bande interdite différente, les longueurs d'onde des photons émis sont différentes. Les couleurs des LED sont donc déterminées par les matériaux de base utilisés.