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PN 접합 전기발광

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

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

A light-emitting diode is a 반도체 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.

LED의 기본 원리는 반도체 pn 접합의 양자 역학에 있습니다. 반도체는 불순물로 '도핑'되어 두 가지 유형의 영역을 만듭니다. 하나는 자유 전자가 과잉된 n형 영역이고, 다른 하나는 전자(정공)가 과잉된 p형 영역입니다. 이 두 영역이 만나는 곳에는 공핍 영역이 형성되어, 제로 바이어스 상태에서 전류의 흐름을 차단하는 전위 장벽을 생성합니다.

순방향 전압이 인가되면 전위 장벽이 낮아져 n형 반도체에서 전자가, p형 반도체에서 정공이 접합부를 가로질러 주입될 수 있습니다. 활성 영역에서 이러한 전자와 정공은 만나 재결합합니다. 각 재결합 과정에서 전자는 더 낮은 에너지 준위로 떨어지면서 에너지를 방출합니다. 이 에너지는 열로 소산되거나(비방사성 재결합) 빛의 광자로 방출될 수 있습니다(방사성 재결합). 효율적인 LED의 핵심은 방사성 재결합을 최대화하는 것입니다. 이는 일반적으로 직접 밴드갭 반도체를 사용하여 달성할 수 있는데, 이러한 반도체에서는 재결합 과정에서 전자와 정공의 운동량이 보존되어 광자가 직접 방출될 수 있습니다.

UNESCO Nomenclature: 2211
고체물리학

유형

물리적 장치

분열

기초적인

용법

널리 사용됨

전구체

  • 반도체의 발견
  • 윌리엄 쇼클리의 pn 접합 이론 발전
  • 고체의 양자 이론과 에너지 밴드
  • invention of the point-contact 트랜지스터
  • 1907년 HJ 라운드가 탄화규소에서 빛이 방출되는 것을 초기 관찰함

응용 프로그램

  • 표시등
  • 고체 조명
  • 광섬유 통신
  • 리모컨
  • 7세그먼트 디스플레이

특허:

  • US2569347A

잠재적 혁신 아이디어

  • bio-integrated leds for optogenetic stimulation in neural tissue
  • li-fi (light fidelity) systems for high-speed wireless data communication
  • 의복 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
관련 개념: pn 접합, 전기발광, 반도체, 복사 재결합, 순방향 바이어스, 다이오드, 밴드갭, 고체물리학, 전자-정공 쌍, 도핑.

역사적 맥락

PN 접합 전기발광

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

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

10년차 기념일

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