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Energia da banda proibida e comprimento de onda emitido

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

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A cor da luz emitida por um LIDERADO é determinada pela energia da banda proibida do semicondutor ([latex]E_g[/latex]). A energia do fóton emitido é aproximadamente igual a [latex]E_g[/latex]. Essa energia é inversamente proporcional ao comprimento de onda ([latex]lambda[/latex]) da luz, de acordo com a relação de Planck-Einstein [latex]E_g approx hf = frac{hc}{lambda}[/latex]. Através da engenharia de ligas metálicas, a banda proibida pode ser ajustada com precisão para produzir cores diferentes.

A capacidade de controlar a cor de um LED é uma aplicação direta da mecânica quântica e da física do estado sólido. O "gap de banda" é a diferença de energia entre a banda de valência e a banda de condução em um semicondutor. Para que um elétron se recombine com uma lacuna e emita um fóton, ele deve atravessar esse gap. A energia do fóton emitido está, portanto, fundamentalmente ligada ao tamanho desse gap.

Os cientistas podem "manipular" a banda proibida criando ligas semicondutoras compostas. Por exemplo, no fosfeto de arsenieto de gálio (GaAsP), a proporção de arsênio para fósforo pode ser variada para alterar a banda proibida e, assim, ajustar a cor emitida do infravermelho (GaAs puro) ao vermelho. Da mesma forma, as ligas de nitreto de índio e gálio (InGaN) são usadas para LEDs azuis, verdes e ciano, onde a proporção de índio para gálio determina a cor exata. Esse controle preciso sobre a composição do material permite a criação de LEDs em todo o espectro visível, bem como nas faixas do infravermelho e ultravioleta, o que era impossível com as tecnologias de iluminação anteriores.

UNESCO Nomenclature: 2211
Física do estado sólido

Tipo

Propriedade física

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Relação de Planck (e=hf)
  • O trabalho de Einstein sobre o efeito fotoelétrico
  • desenvolvimento de técnicas de crescimento de cristais semicondutores, como a epitaxia
  • Teoria de bandas de sólidos desenvolvida por Felix Bloch e outros

Aplicações

  • Telas RGB para televisores e monitores
  • luzes de cultivo hortícola com espectros específicos
  • luzes indicadoras multicoloridas
  • Iluminação interna e externa automotiva
  • dispositivos médicos de fototerapia

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: banda proibida, comprimento de onda, energia do fóton, liga semicondutora, relação de Planck-Einstein, ajuste de cor, mecânica quântica, nitreto de gálio, arseneto de gálio, optoeletrônica.

Contexto histórico

Energia da banda proibida e comprimento de onda emitido

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1960-05-16
1962
1963

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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