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Énergie de la bande interdite et longueur d'onde émise

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

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La couleur de la lumière émise par un LED L'énergie de la bande interdite (Eg) du semi-conducteur est déterminée par celle du photon émis. Cette énergie est approximativement égale à Eg et inversement proportionnelle à la longueur d'onde (λ) de la lumière, conformément à la relation de Planck-Einstein : Eg ≈ hf = hc/λ. En modifiant les alliages, il est possible d'ajuster précisément la bande interdite pour produire différentes couleurs.

La possibilité de contrôler la couleur d'une LED est une application directe de la mécanique quantique et de la physique du solide. La « bande interdite » correspond à la différence d'énergie entre la bande de valence et la bande de conduction d'un semi-conducteur. Pour qu'un électron se recombine avec un trou et émette un photon, il doit franchir cette bande interdite. L'énergie du photon émis est donc fondamentalement liée à la largeur de cette bande interdite.

Les scientifiques peuvent moduler la bande interdite en créant des alliages semi-conducteurs composés. Par exemple, dans l'arséniure de gallium phosphure (GaAsP), le rapport arsenic/phosphore peut être ajusté pour modifier la bande interdite et ainsi moduler la couleur émise, de l'infrarouge (GaAs pur) au rouge. De même, les alliages de nitrure d'indium-gallium (InGaN) sont utilisés pour les LED bleues, vertes et cyan, où le rapport indium/gallium détermine la couleur exacte. Ce contrôle précis de la composition du matériau permet la création de LED couvrant tout le spectre visible, ainsi que les gammes infrarouge et ultraviolette, ce qui était impossible avec les technologies d'éclairage précédentes.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Physique de l'état solide

Taper

Propriété physique

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • La relation de Planck (e=hf)
  • Les travaux d'Einstein sur l'effet photoélectrique
  • développement de techniques de croissance de cristaux semi-conducteurs comme l'épitaxie
  • La théorie des bandes des solides a été développée par Félix Bloch et d'autres.

Applications

  • Écrans RGB pour téléviseurs et moniteurs
  • lampes de croissance horticoles à spectres spécifiques
  • voyants multicolores
  • Éclairage intérieur et extérieur automobile
  • dispositifs de photothérapie médicale

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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En lien avec : bande interdite, longueur d'onde, énergie des photons, alliage semi-conducteur, relation de Planck-Einstein, réglage des couleurs, mécanique quantique, nitrure de gallium, arséniure de gallium, optoélectronique.

Contexte historique

Énergie de la bande interdite et longueur d'onde émise

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1960-05-16
1962
1963

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

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