Светодиоды

Светодиод (или светоизлучающий диод) – это полупроводниковый элемент, который излучает свет при пропускании через него электрического тока.

Принцип работы

Светодиод состоит из электронно-дырочного перехода, причём материал этого перехода подобран так, чтобы электроны данного материала могли переходить на следующий энергетический уровень с испусканием фотона. При действии на p-n переход электрического тока, электроны, имеющие положительный заряд, начинают переходить к дыркам, имеющие положительный заряд. Т.е. в атомах n- вещества электроны начинают переходить на следующий уровень, который обладает меньшей энергией, чем предыдущий. По закону сохранения энергии при таком переходе должна выделяться энергия. В данном случае энергия выделяется в виде фотонов, которые и являются носителями света.

История создания

В 1907 году впервые было обнаружено явление свечения твердотельного диода при пропускании через него электрического тока. Данное открытие принадлежит британским экспериментаторам Маркони Лабсу и Генри Раунду. Далее в 1923 году, русский учёный Олег Лосев обнаружил слабое свечение на стыке двух различных металлов. В 1961 году американскими учёными Гари Питтманом и Робертом Байардом из компании Texas Instruments была открыта и запатентована технология работы светодиода, испускавшего излучение в инфракрасном диапазоне. Но все эти полупроводниковые элементы имели сложную структуру, что мешало их практическому применению. Первый же светодиод, который мог быть применён на практике, разработал в 1962 году Ник Холоньяк, работающий в компании General Electric. Т.е по сути именно его можно считать изобретателем современного светодиода. Его ученик Джордж Крафорд исследовал дальше изобретение своего учителя и смог улучшить характеристики (в первую очередь яркость свечения) светодиода, а также впервые получил жёлтое свечение данного элемента.

В 1976 году учёный-исследователь Т.Пирсол впервые получил светодиод высокой яркости, который можно было применять для телекоммуникационного оборудования. Для этого ему пришлось разработать специальные материалы, которые были пригодны для передачи сигнала через оптические волокна.

Тогдашние светодиоды не имели серийного производства, а потому имели большие цены (один стоил порядка 200 долларов). Массовый выпуск светодиодов организовала компания «Монсанто». Их светодиоды испускали свет в видимом диапазоне и могли быть применены для индикации.

Стоит отметить, что лидерство в производстве светодиодов вначале принадлежало СССР, но затем США склонила чашу весов в свою пользу, благодаря наладке их массового выпуска.

Свойства и особенности

Вольтамперная характеристика светодиода нелинейная как в прямом, так и в обратном направлении. Светодиод, как и обычный диод, начинает пропускать ток только с определённого значения приложенного напряжения. По этому напряжению и определяют, из какого материала сделан элемент.

Цвета светодиода в настоящее время покрывают весь световой спектр. Это достигается путём варьирования состава материалов полупроводника. Наибольшее применение получили следующие цвета: красный, жёлтый, оранжевый, зелёный, белый, фиолетовый и голубой.

Область применения светодиодов очень обширна. На данном этапе развития техники эти элементы дёшевы в производстве и надёжны в работе, поэтому они используются как для создания сложных цепей управления, так и в обычных гирляндах, которые украшают наши города и улицы. Светодиоды можно встретить практически во всех декоративных световых устройствах, например в дюралайте.

Перспективами в области усовершенствования светодиодов является их создание технологией квантовых точек, а также фотонных кристаллов. Активно ведутся работы по созданию светодиода из кремния, что намного удешевит их производство.