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Elettroluminescenza della giunzione PN

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

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

A light-emitting diode is a semiconduttore p-n junction. When a suitable forward voltage is applied, electrons from the n-side and holes from the p-side are injected into the depletion region. As they recombine, energy is released. In direct band gap semiconductors, this energy is efficiently emitted as photons of light, a process known as electroluminescence.

Il principio fondamentale di un LED risiede nella meccanica quantistica di una giunzione pn a semiconduttore. Un semiconduttore viene "drogato" con impurità per creare due tipi di regioni: di tipo n, con un eccesso di elettroni liberi, e di tipo p, con un eccesso di "lacune" elettroniche. Nel punto in cui queste due regioni si incontrano, si forma una zona di svuotamento, che crea una barriera di energia potenziale che impedisce il flusso di corrente in assenza di polarizzazione.

Quando viene applicata una tensione diretta, questa barriera di potenziale si abbassa, consentendo l'iniezione di elettroni dal lato n e di lacune dal lato p attraverso la giunzione. Nella regione attiva, questi elettroni e lacune si incontrano e si ricombinano. Ogni evento di ricombinazione fa sì che un elettrone scenda a un livello energetico inferiore, rilasciando energia. Questa energia può essere dissipata sotto forma di calore (ricombinazione non radiativa) o emessa come un fotone di luce (ricombinazione radiativa). La chiave per un LED efficiente è massimizzare la ricombinazione radiativa. Ciò si ottiene tipicamente utilizzando semiconduttori a band gap diretto, in cui la quantità di moto dell'elettrone e della lacuna si conserva durante la ricombinazione, consentendo l'emissione diretta di un fotone.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Fisica dello stato solido

Tipo

Dispositivo fisico

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • scoperta dei semiconduttori
  • Sviluppo della teoria della giunzione pn da parte di William Shockley
  • teoria quantistica dei solidi e bande di energia
  • invention of the point-contact transistor
  • Prime osservazioni dell'emissione di luce dal carburo di silicio effettuate da HJ ​​Round nel 1907

Applicazioni

  • spie luminose
  • illuminazione a stato solido
  • comunicazione in fibra ottica
  • telecomandi
  • display a sette segmenti

Brevetti:

  • US2569347A

Idee e potenziali innovazioni

  • bio-integrated leds for optogenetic stimulation in neural tissue
  • li-fi (light fidelity) systems for high-speed wireless data communication
  • indossabile sensors that use led spectroscopy to monitor blood glucose non-invasively
  • smart dust with micro-leds for environmental sensing networks
  • plant-specific photosynthetic leds that adapt their spectrum to a plant’s growth stage
  • led-based water purification systems using deep-UV emission
  • quantum dot color-converted micro-leds for hyper-realistic displays
  • flexible, transparent led films for heads-up displays on windows
  • leds integrated into textiles for safety and communication
  • single-photon source leds for quantum cryptography applications
Argomenti correlati: giunzione pn, elettroluminescenza, semiconduttore, ricombinazione radiativa, polarizzazione diretta, diodo, band gap, fisica dello stato solido, coppia elettrone-lacuna, drogaggio.

Contesto storico

Elettroluminescenza della giunzione PN

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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