CHƯƠNG 3 : BỘ PHÁT QUANG
3.2. LED (Light Emitting Diode)
3.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Về cơ bản, cấutạo của LED được phát triển từ diode bán dẫn, hoạt động dựa trên tiếp giáp pn được phân cực thuận. Quá trình phát xạ ánh sáng xảy ra trong LED dựa trên hiện tượng phát xạtự phát (hình 3.9). Trên thực tế, LED có cấu trúc phức tạp hơn, gồm nhiều lớpbán dẫnđể đápứngđồng thời các yêu cầu kỹ thuật của một nguồn quang.
Hình 3.9. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LED
Khi đặt hai lớp bán dẫn p và n kế nhau, tại lớp tiếp giáp pn, các điện tử ở bán dẫn n sẽ khuếch tán sang bán dẫn p để kết hợp với lỗ trống. Kết quả là, tại lớp tiếp giáp pn tạo
nên một vùng có rất ít các hạt mang điện (điện tử hay lỗ trống) được gọi là vùng hiếm (depletion region). Lưu ý rằng: p là chất bán dẫn có thừa lỗ trống (mang điện tích dương), n là chất bán dẫn có thừa điện tử (mang điện tích âm) nhưng cả hai chất bán dẫn này đều trung hòa về điện. Tại vùng hiếm, bán dẫnn mất đi một số các điện tử nên mang điện tích dương, còn bán dẫn p nhận thêm một số điện tử nên mang điện tích âm. Điều này tạo nên mộtđiện trường VD ngăn không cho các hạt mang điện khuếch tán qua lại giữa bán dẫn n và p. Khi phân cực thuận (V > VD) cho bán dẫn pn như hình 3.9, các điện tử trong bán dẫn nsẽvượt qua vùng tiếp giáp pn và chạy về phía cực dương của nguồn điện (đồng thời các lỗ trống sẽvề phía cực âm của nguồn điện), tạo thành dòng điện chạy qua bán dẫn pn. Đây là nguyên lý hoạtđộng của diode bán dẫn. Trong quá trình điện tử từ bán dẫn n chạy về điện cực dương, các điện tử có thể gặp các lỗ trống tại bán dẫn p (bán dẫn có thừa lỗ trống). Khi đó, các điện tử và lỗ trống sẽ kết hợp với nhau tạo liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử trong bán dẫn. Xét về mặt năng lượng, khi một điện tử kết hợpvới lỗ trống có nghĩa là điện tử chuyển từ trạng thái năng lượng cao (vùng dẫn) sang trạng thái năng lượng thấp (vùng hóa trị) giống nhưhiện tượng phát xạ tự phát. Khi đó, theođịnhluật bảo tòan năng lượng, bán dẫn sẽ phát ra một năng lượng bằng với độ chênh lệch giữa vùng dẫn và vùng hóa trị. Nếu chất bán dẫn được sử dụngcó dải cấm năng lượng trựctiếp thì năng lượng sẽ được phát ra dưới dạng photon ánh sáng. Đây là nguyên lý phát xạ ánh sáng của diode phát quang LED (Light emitting diode).