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PN-Übergang Elektrolumineszenz

1927
  • Oleg Losev
Light-emitting diode testing in solid state physics laboratory.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Eine Leuchtdiode (LED) ist ein Halbleiter mit pn-Übergang. Wird eine geeignete Vorwärtsspannung angelegt, werden Elektronen von der n-dotierten Seite und Löcher von der p-dotierten Seite in die Verarmungszone injiziert. Bei ihrer Rekombination wird Energie freigesetzt. In Halbleitern mit direkter Bandlücke wird diese Energie effizient in Form von Lichtphotonen (Photonen) emittiert – ein Prozess, der als Elektrolumineszenz bekannt ist.

Das grundlegende Funktionsprinzip einer LED beruht auf der Quantenmechanik eines pn-Übergangs in einem Halbleiter. Ein Halbleiter wird mit Fremdatomen dotiert, wodurch zwei Arten von Bereichen entstehen: n-dotierte Bereiche mit einem Überschuss an freien Elektronen und p-dotierte Bereiche mit einem Überschuss an Elektronenlöchern. An der Grenze dieser beiden Bereiche bildet sich eine Verarmungszone, die eine Potenzialbarriere erzeugt und den Stromfluss bei Nullspannung verhindert.

Wird eine Vorwärtsspannung angelegt, senkt sich diese Potenzialbarriere, wodurch Elektronen von der n-Seite und Löcher von der p-Seite über den pn-Übergang injiziert werden können. In der aktiven Zone treffen diese Elektronen und Löcher aufeinander und rekombinieren. Bei jeder Rekombination fällt ein Elektron auf ein niedrigeres Energieniveau und setzt dabei Energie frei. Diese Energie kann als Wärme abgeführt (strahlungslose Rekombination) oder als Photon emittiert werden (strahlende Rekombination). Der Schlüssel zu einer effizienten LED liegt in der Maximierung der strahlenden Rekombination. Dies wird typischerweise durch Halbleiter mit direkter Bandlücke erreicht, bei denen der Impuls von Elektron und Loch während der Rekombination erhalten bleibt, sodass ein Photon direkt emittiert werden kann.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Festkörperphysik

Typ

Physikalisches Gerät

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung von Halbleitern
  • Entwicklung der pn-Übergangstheorie durch William Shockley
  • Quantentheorie der Festkörper und Energiebänder
  • Erfindung des Punktkontakttransistors
  • erste Beobachtungen der Lichtemission von Siliciumcarbid durch HJ Round im Jahr 1907

Anwendungen

  • Kontrollleuchten
  • Festkörperbeleuchtung
  • Glasfaserkommunikation
  • Fernbedienungen
  • Sieben-Segment-Anzeigen

Patente:

  • US2569347A

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandte Themen: pn-Übergang, Elektrolumineszenz, Halbleiter, strahlende Rekombination, Vorwärtsspannung, Diode, Bandlücke, Festkörperphysik, Elektron-Loch-Paar, Dotierung.

Historischer Kontext

PN-Übergang Elektrolumineszenz

1926
1926
1927
1927
1930
1930
1930
1925
1926
1927
1927
1930
1930
1930
1931

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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