Svetleća dioda

Izvor: Wikipedia
Crvena, plava i zelena svetleća dioda

Svetleća dioda (eng. LED; Light-emiting diode) je posebna vrsta poluprovodničke diode koja emituje svetlost kada je propusno polarisana, tj. kada kroz nju teče struja.[1][2][3]

Fotoni svetla se emituje prilikom rekombinacije para elektron-šupljina. Takvo svojstvo imaju poluprovodnici:

1955. godine, Rubin Braunstin iz Američke radio korporacije prvi je dao izveštaje o infracrvenoj emisiji svetlosti galijum-arsenida (GaAs).

Naučnici Teksas instrumentsa, Bob Bajard i Gari Pitman, 1961. godine otkrili su da galijum-arsenid pušta svetlo kada ima električne struje, nakon čega su prijavili patent na infracrvenu diodu. Nik Holonjak mlađi iz Dženeral elektrika prvi je pronašao vidljivi spektar svetleće diode. Boja emitovanog svetla zavisi od vrste poluprovodonika, kao i od primesa u njemu, i varira od infracrvenog do ultraljubičastog dela spektra.[4]

Istorija[uredi - уреди]

Zelena elektroluminiscencija na mestu kontakta sa kristalom silicijum karbida je ponavljanje Raundovog eksperimenta iz 1907.

Elektroluminiscencija je fenomen koji je 1907. otkrio britanski istraživač H. Dž. Raund dok je radio za kompaniju Markoni, koristeći kristal silicijum karbida i kristalni detektor.[5][6] Rus Oleg Losev je 1927. prijavio izradu prve svetleće diode.[7] NJegova istraživanja su objavljena u sovjetskim, nemačkim i britanskim naučnim žurnalima, ali nekoliko decenija nije bilo praktične koriste od njegovog pronalaska.[8][9] Rubin Braunstejn[10] iz Radio korporacija Amerike je 1955. prijavio infracrveno zračenje od galijum arsenida (GaAs) i drugih poluprovodničkih legura.[11] Braunstejn je primeto infracrveno zračenje koje su emitovale proste diode koje su koristile legure galijum antimonida (GaSb), GaAs, indijum fosfida (InP) i silicijum-germanijuma (SiGe) na sobnoj temperaturi i na 77 K.

Američki istraživači Džejms R. Bajard i Gari Pitman su 1961 otkrili, radeći za Teksas instrument,[12] da GaAs emituje infracrveno zračenje kada se priključi u električno kolo. NJih dvojica su uspeli da dokažu prvenstvo svog naroda na osnvu inženjerskih beleški i dobili su prvi američki patent za svetleću diodu (iako je emitovana svetost bila infracrvena).

Prvu praktičnu svetleću diodu u vidljivom delu spektra (crvenu) je 1962. razvio Nik Holonjak, dok je radio za Dženeral elektrik.[13] Holonjak je prvi put prijavio svoje otkriće u žurnalu Applied Physics Letters 1. decembra 1962.[14] Holonjak se smatra „ocem svetleće diode“.[15] M. Džordž Kroford,[16] bivši Holonjakov student, je 1972. izumeo prvu žutu svetleću diodu i za oko deset puta poboljšao sjajnost crvenih i cvrvenkasto-narandžastih svetlećih dioda.[17] T. P. Persal je 1976. stvorio prvu svetleću diodu visoke efikasnosti za komunikaciju optičkim vlaknima izumevši nove poluprovodničke materijali posebno prilagođene talasnim dužinama komunikacije optičkim vlaknima.[18]

Tehnologija[uredi - уреди]

Presek svetleće diode, gde se gore nalazi šema, a dole The inner workings of an LED, showing circuit (top) and band diagram (bottom)
I-V diagram for a diode. An LED will begin to emit light when the on-voltage is exceeded. Typical on voltages are 2–3 volts.

Princip rada[uredi - уреди]

Svetleća dioda se sastoji od čipa napravljenog og poluprovodnog materijala koji je dopiran nečistoćama kako bi se napravio p-n spoj. Kao i kod običnih dioda, električna struja teče od p-strane ili anode ka n-strani ili katodi, ali ne i u suprotnom smeru. Nosioci nalektrisanja, elektroni i šupljine teku u spoj sa elektroda između kojih postoji električni napon. Kada se elektron sudari sa šupljinom, on pada na niži energetski nivo i oslobađa energiju u vidu fotona.

Talasna dužina emitovane svetlosti, a time i njena boja, zavisi od energetske barijere materijala koji čine p-n spoj. Kod silicijumskih i germanijumskih dioda, elektroni i šupljine se rekombinuju ne-zračećom tranzicijom, koja ne daje vidljivu emisiju, jer su oni materijali sa indirektnom energetskom barijerom. Materijali koji se koriste za izradu svetelćih dioda imaju direktnu energetsku barijeru sa energijama koje odgovaraju skoro infracrvenoj, vidljivoj i skoro-ultraljubičastoj svetlosti.

Razvoj svetlećih dioda je započeo sa diodama od galijum arsenida koje su emitovala infracrvenu i crvenu svetlost. Napredak u nauci o materijalima je omogućio izradu dioda sa sve kraćim talasnim dužinama, koje su emitovale svetlost raznih boja.

Reference[uredi - уреди]

  1. Moreno, Ivan; Sun, Ching-Cherng (2008). "Modeling the radiation pattern of LEDs". Optics Express 16 (3): 1808 Extra |pages= or |at= (help). Bibcode:2008OExpr..16.1808M. doi:10.1364/OE.16.001808. PMID 18542260. 
  2. H. J. Round (1907). "A Note on Carborundum". Electrical World 19: 309. 
  3. Margolin J. "The Road to the Transistor". http://www.jmargolin.com/historytrans.htm. 
  4. "Inventor of long-lasting, low-heat light source", 21. 4. 2004., pristupljeno 21. 12. 2011..
  5. Round, H. J. (1907). "A Note on Carborundum". Electrical World 19: 309. 
  6. Margolin J. "The Road to the Transistor". jmargolin.com. http://www.jmargolin.com/history/trans.htm. 
  7. Losev, O. V. (1927). Telegrafiya i Telefoniya bez Provodov 44: 485–494. 
  8. Zheludev, N. (2007). "The life and times of the LED: a 100-year history" (free-download PDF). Nature Photonics 1 (4): 189–192. Bibcode:2007NaPho...1..189Z. doi:10.1038/nphoton.2007.34. 
  9. Lee, Thomas H. (2004). The design of CMOS radio-frequency integrated circuits. Cambridge University Press. str. 20. ISBN 978-0-521-83539-8. 
  10. Rubin Braunstein. physics.ucla.edu
  11. Braunstein, Rubin (1955). "Radiative Transitions in Semiconductors". Physical Review 99 (6): 1892. Bibcode:1955PhRv...99.1892B. doi:10.1103/PhysRev.99.1892. 
  12. "The first LEDs were infrared (invisible)". The Quartz Watch. The Lemelson Center. http://invention.smithsonian.org/centerpieces/quartz/inventors/biard.html. pristupljeno 13. 8. 2007.. 
  13. "Nick Holonyak, Jr. 2004 Lemelson-MIT Prize Winner". Lemenson-MIT Program. http://web.mit.edu/invent/a-winners/a-holonyak.html. pristupljeno 13. 8. 2007.. 
  14. Holonyak Nick; Bevacqua, S. F. (December 1962). "Coherent (Visible) Light Emission from Ga(As1−x Px) Junctions". Applied Physics Letters 1 (4): 82. Bibcode:1962ApPhL...1...82H. doi:10.1063/1.1753706. 
  15. Wolinsky, Howard. "U. of I.'s Holonyak out to take some of Edison's luster", 'Chicago Sun-Times', 5. 2. 2005., pristupljeno 29. 7. 2007..
  16. Perry, T.S. (1995). "M. George Craford [biography]". IEEE Spectrum 32 (2): 52–55. doi:10.1109/6.343989. 
  17. "Brief Biography — Holonyak, Craford, Dupuis" (PDF). Technology Administration. http://www.technology.gov/Medal/2002/bios/Holonyak_Craford_Dupuis.pdf. pristupljeno 30. 5. 2007.. 
  18. Pearsall, T. P.; Miller, B. I.; Capik, R. J.; Bachmann, K. J. (1976). "Efficient, Lattice-matched, Double Heterostructure LEDs at 1.1 mm from GaxIn1-xAsyP1-y by Liquid-phase Epitaxy". Appl. Phys. Lett. 28 (9): 499. Bibcode:1976ApPhL..28..499P. doi:10.1063/1.88831. 

Spoljašnje veze[uredi - уреди]