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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)

Un diodo a emissione di luce (LED) è una giunzione pn a semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta adeguata, gli elettroni dal lato n e le lacune dal lato p vengono iniettati nella regione di svuotamento. Quando si ricombinano, viene rilasciata energia. Nei semiconduttori a band gap diretto, questa energia viene emessa in modo efficiente sotto forma di fotoni di luce, un processo noto come elettroluminescenza.

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
  • invenzione del transistor a contatto puntiforme
  • 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

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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

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1927
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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)

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