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Energia del band gap e lunghezza d'onda emessa

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

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il colore della luce emessa da un GUIDATO is determined by the semiconductor’s band gap energy ([latex]E_g[/latex]). The energy of the emitted photon is approximately equal to [latex]E_g[/latex]. This energy is inversely proportional to the wavelength ([latex]\lambda[/latex]) of the light, according to the Planck-Einstein relation [latex]E_g \approx hf = \frac{hc}{\lambda}[/latex]. By engineering alloys, the band gap can be precisely tuned to produce different colors.

La capacità di controllare il colore di un LED è un'applicazione diretta della meccanica quantistica e della fisica dello stato solido. Il "band gap" è la differenza di energia tra la banda di valenza e la banda di conduzione in un semiconduttore. Affinché un elettrone si ricombini con una lacuna ed emetta un fotone, deve attraversare questo gap. L'energia del fotone emesso è quindi fondamentalmente legata all'ampiezza di questo gap.

Scientists can ‘engineer’ the band gap by creating compound semiconductor alloys. For example, in Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP), the ratio of arsenic to phosphorus can be varied to change the band gap and thus tune the emitted color from infrared (pure GaAs) to red. Similarly, Indium Gallium Nitride (InGaN) alloys are used for blue, green, and cyan LEDs, where the indium-to-gallium ratio determines the exact color. This precise control over material composition allows for the creation of LEDs across the entire visible spectrum, as well as in the infrared and Ambrosia ranges, which was impossible with previous lighting tecnologie.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Fisica dello stato solido

Tipo

Proprietà fisica

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • La relazione di Planck (e=hf)
  • Il lavoro di Einstein sull'effetto fotoelettrico
  • sviluppo di tecniche di crescita di cristalli semiconduttori come l'epitassia
  • teoria delle bande dei solidi sviluppata da Felix Bloch e altri

Applicazioni

  • Display RGB per televisori e monitor
  • lampade per la coltivazione orticola con spettri specifici
  • spie luminose multicolore
  • illuminazione interna ed esterna per autoveicoli
  • dispositivi per fototerapia medica

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • tunable leds that can change color on demand for mood lighting
  • led-based chemical sensors where material interaction alters the band gap and color
  • ultra-wide bandgap leds for deep uv sterilization
  • narrow-bandgap leds for efficient infrared thermal imaging
  • leds made from novel 2d materials with electrically tunable band gaps
  • perovskite-based leds offering high efficiency and color purity
  • leds designed to emit specific wavelengths for activating photo-catalysts
  • multi-junction leds with several band gaps in one device for broad-spectrum emission
  • pressure-sensitive leds whose emission color changes with applied mechanical stress
  • leds using quantum confinement effects in nanocrystals to tune color
Related to: band gap, wavelength, photon energy, semiconductor lega, Planck-Einstein relation, color tuning, quantum mechanics, gallium nitride, gallium arsenide, optoelectronics.

Contesto storico

Energia del band gap e lunghezza d'onda emessa

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1960-05-16
1962
1963

(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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