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Energía de banda prohibida y longitud de onda emitida

1960
Semiconductor analysis in solid state physics with LED light emission.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El color de la luz emitida por un LED Está determinado por la energía de la banda prohibida del semiconductor ([latex]E_g[/latex]). La energía del fotón emitido es aproximadamente igual a [latex]E_g[/latex]. Esta energía es inversamente proporcional a la longitud de onda ([latex]lambda[/latex]) de la luz, según la relación de Planck-Einstein [latex]E_g approx hf = frac{hc}{lambda}[/latex]. Mediante la ingeniería de aleaciones, la banda prohibida se puede ajustar con precisión para producir diferentes colores.

La capacidad de controlar el color de un LED es una aplicación directa de la mecánica cuántica y la física del estado sólido. La «banda prohibida» es la diferencia de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción en un semiconductor. Para que un electrón se recombine con un hueco y emita un fotón, debe atravesar esta banda prohibida. Por lo tanto, la energía del fotón emitido está intrínsecamente ligada al tamaño de esta banda prohibida.

Los científicos pueden «diseñar» la banda prohibida mediante la creación de aleaciones de semiconductores compuestos. Por ejemplo, en el fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP), la proporción de arsénico y fósforo se puede variar para cambiar la banda prohibida y, por lo tanto, ajustar el color emitido desde el infrarrojo (GaAs puro) hasta el rojo. De manera similar, las aleaciones de nitruro de indio y galio (InGaN) se utilizan para los LED azules, verdes y cian, donde la proporción de indio y galio determina el color exacto. Este control preciso sobre la composición del material permite la creación de LED en todo el espectro visible, así como en los rangos infrarrojo y ultravioleta, algo imposible con las tecnologías de iluminación anteriores.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Física del estado sólido

Tipo

Propiedad física

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Relación de Planck (e=hf)
  • El trabajo de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico
  • desarrollo de técnicas de crecimiento de cristales semiconductores como la epitaxia
  • teoría de bandas de sólidos desarrollada por Felix Bloch y otros

Aplicaciones

  • Pantallas RGB para televisores y monitores
  • Lámparas de cultivo hortícola con espectros específicos
  • luces indicadoras multicolor
  • Iluminación interior y exterior de automóviles
  • dispositivos de fototerapia médica

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: banda prohibida, longitud de onda, energía del fotón, aleación semiconductora, relación de Planck-Einstein, ajuste de color, mecánica cuántica, nitruro de galio, arseniuro de galio, optoelectrónica.

Contexto histórico

Energía de banda prohibida y longitud de onda emitida

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1963

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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