Sommarju
Fl-2014, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, u Shuji Nakamura ngħataw il-Premju Nobel fil-Fiżika għall-ħolqien tagħhom ta 'dijodi effiċjenti ta' dawl blu li jarmu d-dawl, li ffaċilitaw l-iżvilupp ta 'sorsi ta' dawl abjad qawwi u effiċjenti fl-enerġija. F'dawn l-aħħar snin,Dijodi li jarmu d-dawl (LEDs) dejjem ippenetraw is-settur tad-dawl tad-dar u swieq tal-massa oħra. Dan l-artikolu jfittex li jipprovdi ħarsa ġenerali tal-fiżika tal-LEDs, l-avvanzi ewlenin li kkonkludew fil-Premju Nobel tal-2014, u l-potenzjal għall-konservazzjoni tal-enerġija li l-LEDs jistgħu jiffaċilitaw.
1. Introduzzjoni
Id-dijodi li jarmu d-dawl (LEDs) ilhom integrali għall-ħajja ta 'kuljum għal bosta għexieren ta' snin, li joriġinaw b'lampi indikaturi u kontrolli remoti infra-aħmar fis-snin 1960. Madankollu, il-Premju Nobel fil-Fiżika ingħata fl-2014 speċifikament għal Blue LEDs, li fl-aħħar ippermetta l-produzzjoni ta 'dawl abjad. Dan l-artikolu għandu l-għan li jelimina l-fiżika LED fundamentali biex juri l-potenzjal tagħhom bħala emittenti tad-dawl superjuri, partikolarment għal applikazzjonijiet tad-dawl. Se tipprovdi wkoll storja qasira tal-invenzjonijiet li kkontribwew għall-LEDs moderni u jispjegaw il-ħsieb wara l-Premju Nobel tal-2014 fil-fiżika mogħtija lil Akasaki, Amano, u Nakamura. Fl-aħħar mill-aħħar, se neżamina jekk l-LEDs kontemporanji jirriżultawx fil-konservazzjoni tal-enerġija, u b'mod aktar pragmatiku, jekk ikun ekonomikament sensibbli għall-konsumaturi individwali li jixtruBozoz LEDGħal illuminazzjoni tad-dar.
2. Kif jiffunzjonaw l-LEDs tas-semikondutturi?
Din it-taqsima se tipprovdi ħarsa ġenerali fil-qosor tal-istorja ta 'l-elettrolinesċenza, li tikkonċentra fuq l-elettrolinesċenza ta' semikondutturi inorganiċi, segwita minn deskrizzjoni tal-fiżika li hija sottostanti LEDs kontemporanji. L-elettroluminesċenza hija l-fenomenu fejn id-dawl jiġi emess meta kurrent elettriku jgħaddi minn sustanza. Jista 'jiġi sostnut li l-bozoz inkandexxenti (il-bozza "Edison" huma elettroluminesċenti; Madankollu, f'dan ix-xenarju, il-fluss kurrenti jsaħħan il-materjal, u r-riżultati tal-emissjoni tad-dawl biss mit-temperatura elevata tal-filament. Għalhekk, huwa iktar preċiż li tirreferi għall-elettrolinesċenza meta l-fluss tal-kurrent jiffaċilita direttament il-mekkaniżmu ta 'emissjoni tad-dawl. Id-dokumentazzjoni inizjali ta 'l-elettrolinesċenza seħħet fl-1907 minn HJ Round, impjegata mill-Kumpanija Marconi. Huwa preġudikat kampjun tal-karbur tas-silikon (imbagħad imsejjaħ carbundum) u osserva dawl ta 'kuluri differenti skont it-tqegħid tal-elettrodi u l-vultaġġ applikat. Huwa ma fehemx il-fenomenu dak iż-żmien. Żewġ għexieren ta ’snin wara, Oleg Losev, tekniku żagħżugħ Russu fil-Laboratorju tar-Radju Nizhny Novgorod, kiseb avvanzi sinifikanti fl-osservazzjoni sperimentali u l-komprensjoni tad-dijodi li jarmu d-dawl tas-silikon tal-karbur tas-silikon. Speċifikament, huwa ppreżenta brevett fl-1929 li jinkludi t-talba sussegwenti: "L-invenzjoni proposta timpjega l-fenomenu stabbilit ta 'luminixxenza f'detettur ta' carborundum u jinvolvi l-użu ta 'tali ditekter li jservi direttament ċirkwit. " Dan huwa ġenwinament notevoli: a 26- ħaddiem ta 'sena b'edukazzjoni formali limitata fil-fiżika brevettat it-trasferiment b'rata għolja ta' dejta bl-użu ta 'modulazzjoni elettrika ta' sors ta 'dawl semikondutturi fl-1929. Il-pubblikazzjonijiet innovattivi u l-privattivi ta' LOSEV, madankollu, baqgħu ġeneralment joskuraw għal għexieren ta 'snin. Fis-snin 1940, komprensjoni msaħħa u kontroll tas-semikondutturi rriżultaw fil-ħolqien tal-ewwel junction P-N, segwit mill-invenzjoni tal-ewwel transistor. L-LEDs inizjali li jużaw il-ġonta P - I-N żviluppati sewwa jistgħu jiġu fabbrikati u msaħħa.
Semikonduttur huwa sustanza li l-konduttività tagħha tista 'tinbidel bl-introduzzjoni ta' impuritajiet magħrufa bħala dopanti. Is-semikondutturi inorganiċi huma materjali kristallini bħas-silikon (SI), l-arsenide tal-gallium (GaAs), il-fosfid tal-indju (INP), u n-nitride tal-galliju (GAN), ikkaratterizzati minn faxex tal-enerġija għall-elettroni. Il-faxxa ta 'l-enerġija okkupata mill-aqwa hija msejħa bħala l-medda ta' valenza, li hija mimlija bl-elettroni f'semikonduttur mhux imqabbad, iżda l-istrixxa ta 'enerġija ogħla sussegwenti, magħrufa bħala l-istrixxa ta' konduzzjoni, tibqa 'kompletament vakanti f'semikonduttur mhux imħassar. Id-disparità tal-enerġija bejn il-minimu tal-faxxa tal-konduzzjoni u l-ogħla faxxa tal-valenza hija msejħa bħala d-distakk tal-medda tas-semikondutturi. Il-proċess ta 'emissjoni tad-dawl f'semikonduttur huwa sempliċi: meta elettron jokkupa l-istrixxa ta' konduzzjoni u teżisti vakanza fil-faxxa tal-valenza (imsejħa toqba), l-elettron tal-faxxa ta 'konduzzjoni jista' jokkupa biex jokkupa l-istat vakanti fil-faxxa tal-valenza, jirrilaxxa d-differenza tal-enerġija (id-distakk tal-medda) bħala foton emittjat (Fig. 1). L-elettroni u t-toqba jirrikombinaw, li jirriżultaw fl-emissjoni ta 'foton. Dan il-proċess iseħħ fil-biċċa l-kbira tas-semikondutturi, b'eċċezzjonijiet notevoli magħrufa bħala semikondutturi indiretti, bħal silikon jew ġermanju, fejn l-emissjoni tal-fotoni mhix permessa direttament, li tirriżulta f'effiċjenza sinifikanti. Biex tiffabbrika LED semikonduttur, huwa essenzjali li l-elettroni tal-pożizzjoni fl-istess ħin fil-medda ta 'konduzzjoni u toqob fil-faxxa tal-valenza fil-materjal. Dan huwa fejn id-doping jassumi sinifikat. Semikonduttur intrinsiku jaħdem bħala iżolatur, billi l-elettroni fil-medda tal-valenza jibqgħu immobbli minħabba n-nuqqas ta 'stati disponibbli għall-moviment elettroniku; Madankollu, semikondutturi jistgħu jiġu doped f'żewġ manjieri distinti. Meta l-impuritajiet jiġu inkorporati fil-kristall b'elettroni addizzjonali għal kull atomu, dawn l-elettroni żejda ta 'transizzjoni għall-istrixxa ta' konduzzjoni. Pereżempju, is-sostituzzjoni ta 'xi atomi GA b'atomi Si fi kristall GaAs tirriżulta f'doping tat-tip N, ikkaratterizzat mill-preżenza ta' elettroni fil-faxxa ta 'konduzzjoni. Bil-maqlub, jistgħu jiġu introdotti impuritajiet nieqsa minn elettron, li jirriżulta f'doping tat-tip P, ikkaratterizzat mill-eżistenza ta 'toqob fil-medda tal-valenza. Aspett kruċjali huwa li d-dopanti jikkostitwixxu atomi ta 'minoranza fl-istruttura tal-kristall: atomu wieħed ta' doping fost miljun atomi standard jista 'jsaħħaħ b'mod sinifikanti l-konduttività elettrika. Il-ħakma tal-livell tad-doping hija essenzjali għall-personalizzazzjoni tal-karatteristiċi elettriċi tas-semikondutturi. Din il-kompetenza, li bdiet fl-1940 u l-1950, ippreċipitat ir-rivoluzzjonijiet fil-mikroelettronika u l-optoelettronika. Il-konfigurazzjoni fundamentali għall-emissjoni tad-dawl minn semikonduttur tinvolvi l-integrazzjoni ta 'N-Type (b'elettroni fil-faxxa ta' konduzzjoni) u tat-tip P (bit-toqob, jew nuqqas ta 'elettroni, fil-medda tal-valenza) materjali. Meta jkun soġġett għal preġudizzju elettriku, elettroni u toqob, li jinqasmu f'direzzjonijiet opposti - fejn toqba li tiċċaqlaq lejn ix-xellug fil-faxxa tal-valenza tikkorrispondi għal elettroni li jiċċaqalqu lejn il-lemin fil-ġonta PN, li jirriżultaw f'rombinazzjoni li toħroġ fotoni (Fig. 2). Wara l-komprensjoni mill-komunità tar-riċerka, l-azzjoni meħtieġa saret evidenti: il-kapaċità li jiġu sintetizzati kristalli ta 'kwalità għolja bi doping tat-tip P ikkontrollat b'mod preċiż u tat-tip N. L-LED infra-aħmar inawgurali tal-GAAs ġie esebit fl-1962, sussegwentement irnexxielu mill-LEDs viżibbli inizjali żviluppati minn timijiet oħra. N. Holonyak, riċerkatur fil-General Electric, favur il-liga GAASP, li jippermettilu li juri l-laser inawgurali tad-dijodu tas-semikondutturi. Huwa essenzjali li wieħed jagħraf lil N. Holonyak, li, fost oħrajn, avvanza b'mod sinifikanti l-komprensjoni u l-kontroll ta 'emittenti tad-dawl semikondutturi. Fl-1963, Nick Holonyak bassar fil-Reader's Digest li l-LEDs tas-semikondutturi eventwalment jissupplimentaw il-bozoz kollha tad-dawl għal applikazzjonijiet tad-dawl ġenerali, minkejja l-LEDs inizjali tas-semikondutturi li jarmu dawl ħażin ħafna u juru effiċjenzi ta 'frazzjonijiet ta' frazzjonijiet ta 'mija biss ta' mija minħabba kwalità materjali inferjuri. Liema kriterji uża biex jiġġenera din il-previżjoni? Holonyak irrikonoxxa li l-bozoz tad-dawl inkandexxenti jiffunzjonaw bl-istess mod għal emittenti tal-ġisem iswed, li jipproduċu kurva spettrali korrelata mat-temperatura tal-filament; Hekk kif tiżdied it-temperatura, l-ispettru tal-emissjoni jinbidel lejn tulijiet ta 'mewġ iqsar. Il-bozoz inkandexxenti l-iktar effiċjenti l-aktar jarmu dawl infra-aħmar, li huwa ineffettiv għall-illuminazzjoni u minflok jiffunzjona bħala sors ta 'sħana. Il-konverżjoni ta 'enerġija elettrika għal enerġija ottika viżibbli hija ristretta b'mod inerenti għal madwar 5%. Fl-LEDs tas-semikondutturi, il-fiżika tvarja b'mod sinifikanti: kważi 100% tal-enerġija elettrika tista 'tiġi trasformata f'qawwa ottika, b'tul ta' mewġa ta 'emissjoni regolata sew (l-aktar, id-distakk tal-medda jiddetermina l-enerġija u konsegwentement it-tul ta' mewġa tal-foton li joħroġ). Wieħed jista 'jipprevedi apparat mgħammar b'LEDs li jarmu fuq diversi tulijiet ta' mewġ viżibbli, kull wieħed li juri effiċjenza ta 'konverżjoni għolja (preferibbilment unità), u għalhekk jippermetti l-emissjoni ta' dawl abjad viżibbli (jew kwalunkwe kombinazzjoni magħżula ta 'kuluri viżibbli) mingħajr telf termali (Fig. 3). Dan għandu, fit-teorija, funzjoni; L-unika sfida hija fil-kisba tal-maturità teknoloġika meħtieġa biex timmanifattura LEDs estremament effiċjenti f'ċerti tulijiet ta 'mewġ. Dan l-isforz okkupat riċerkaturi tas-semikondutturi għal għexieren ta 'snin sussegwenti u fl-aħħar irriżulta f'Premju Nobel 2014.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd ġiet stabbilita fl-2010. Hija intrapriża nazzjonali ta 'teknoloġija għolja li tintegra d-disinn, l-R & D, il-produzzjoni u l-bejgħ ta' prodotti tad-dawl ta 'ġewwa u ta' barra u tista 'wkoll tagħmel OEM, ODM. Għal aktar dettalji dwar l-offerti tagħna, jekk jogħġbok ikkuntattjana fibwzm18@ledbenweilighting.com
