Kopsavilkums
2014. gadā Isamu Akasaki, Hiroshi Amano un Shuji Nakamura tika piešķirta Nobela prēmijā fizikā par efektīvu zilu gaismas izstarojošu diožu izveidi, kas atviegloja spilgtu un energoefektīvu balto gaismas avotu attīstību. Pēdējos gados,Gaismas diodes (gaismas diodes) arvien vairāk iekļūstam mājas apgaismojuma nozarē un citos masu tirgos. Šī raksta mērķis ir sniegt pārskatu par gaismas diožu fiziku, galvenajiem sasniegumiem, kuru kulminācija bija 2014. gada Nobela prēmija, un enerģijas taupīšanas potenciāls, ko gaismas diodes var atvieglot.
1. Ievads
Gaismas diodes (gaismas diodes) vairākus gadu desmitus ir bijušas neatņemamas ikdienas dzīvē, kuru izcelsme ir indikatora lampas un infrasarkanās tālvadības pults 1960. gados. Tomēr Nobela prēmija fizikā tika piešķirta 2014. gadā īpaši attiecībā uz zilajām gaismas diodēm, kas galu galā ļāva iegūt balto gaismu. Šī raksta mērķis ir noskaidrot fundamentālo vadīto fiziku, lai parādītu to potenciālu kā augstāku gaismas izstarotājus, īpaši apgaismojuma lietojumprogrammām. Tas arī sniegs īsu izgudrojumu vēsturi, kas veicināja mūsdienu gaismas diodes, un izskaidro 2014. gada Nobela prēmijas fizikas pamatojumu Akasaki, Amano un Nakamura. Galu galā es pārbaudīšu, vai mūsdienu gaismas diodes patiesi izraisa enerģijas saglabāšanu, un vairāk pragmatiskāk, ja atsevišķiem patērētājiem ir ekonomiski saprātīgi iegādātiesLED spuldzesPar mājas apgaismojumu.
2. Kā darbojas pusvadītāju gaismas diodes?
Šī sadaļa sniegs īsu pārskatu par elektroluminiscences vēsturi, koncentrējoties uz neorganisko pusvadītāju elektroluminiscenci, kam seko mūsdienu gaismas diožu fizikas apraksts. Elektroluminiscence ir parādība, kurā gaisma tiek izstarota, kad elektriskā strāva iet caur vielu. Var apgalvot, ka kvēlspuldzes ("Edison" spuldze) ir elektroluminiscējošas; Tomēr šajā scenārijā strāva plūsma silda materiālu, un gaismas emisijas rezultāti ir tikai no pavediena paaugstinātās temperatūras. Tādējādi precīzāk ir atsaukties uz elektroluminiscenci, kad strāva plūsma tieši atvieglo gaismas emisijas mehānismu. Sākotnējā elektroluminiscences dokumentācija 1907. gadā notika HJ Round, ko izmantoja Marconi Company. Viņš novirzīja silīcija karbīda paraugu (pēc tam saukts par karborundumu) un novēroja dažādu krāsu gaismu saskaņā ar elektrodu izvietojumu un uzklātu spriegumu. Tajā laikā viņš nesaprata parādību. Divas desmitgades vēlāk Oļegs Losevs, jaunais krievu tehniķis Nizhny Novgorod radio laboratorijā, sasniedza ievērojamus sasniegumus silīcija karbīda gaismas diožu eksperimentālajā novērošanā un izpratnē. Konkrēti, viņš 1929. gadā iesniedza patentu, kas ietvēra sekojošo apgalvojumu: "Ierosinātajā izgudrojumā tiek izmantota izveidotā luminiscences parādība karborunduma detektorā un saistīta Circuit. " Tas ir patiesi ievērojami: {26- gadu vecais strādnieks ar ierobežotu formālu izglītību fizikā patentēja augstas pakāpes datu pārsūtīšanu, izmantojot pusvadītāju gaismas avota elektrisko modulāciju 1929. gadā. Inovatīvas publikācijas un patentes Losev tomēr desmit gadu desmitos lielākoties nebija neskaidras. 1940. gados pastiprināta pusvadītāju izpratne un kontrole izraisīja pirmo P - N krustojumu, kam sekoja pirmā tranzistora izgudrojums. Sākotnējās gaismas diodes, izmantojot labi attīstītus P-I-N krustojumus, attiecīgi var izgatavot un uzlabot.
Pusvadītājs ir viela, kuras vadītspēju var mainīt, ieviešot piemaisījumus, kas pazīstami kā palīgvielas. Neorganiskie pusvadītāji ir kristāliski materiāli, piemēram, silīcijs (SI), gallija arsenīds (GaAs), Indija fosfīds (INP) un gallija nitrīds (GAN), kam raksturīgas enerģijas joslas elektroniem. Augstāko okupēto enerģijas joslu dēvē par valences joslu, kas ir piepildīta ar elektroniem nepamatotā pusvadītājā, bet sekojošā augstākās enerģijas josla, kas pazīstama kā vadītspējas josla, paliek pilnīgi brīva nepamatotā pusvadītājā. Enerģijas atšķirības starp vadītspējas joslas minimālo un valences joslas augstāko tiek dēvēta par pusvadītāju grupas spraugu. Gaismas emisijas process pusvadītājā ir vienkāršs: kad elektrons aizņem vadīšanas joslu un valences joslā pastāv vakance (saukta par caurumu), vadīšanas joslas elektrons var pāriet uz brīvo stāvokli valences joslā, atbrīvojot enerģijas starpību (joslas spraugu) kā izdalītu fotonu (1. att.). Elektrons un caurums rekombīns, kā rezultātā izstaro fotonu. Šis process notiek lielākajā daļā pusvadītāju, ar ievērojamiem izņēmumiem, kas pazīstami kā netiešie pusvadītāji, piemēram, silīcija vai germānija, kur fotonu emisija nav tieši atļauta, kā rezultātā ir ievērojama neefektivitāte. Lai izgatavotu pusvadītāju LED, ir svarīgi vienlaicīgi novietot elektronus vadīšanas joslā un caurumus valences joslā materiālā. Šeit Dopings uzņemas nozīmi. Iekšējais pusvadītājs darbojas kā izolators, jo valences joslas elektroni paliek nekustīgi, jo nav pieejamu stāvokļu elektroniskai kustībai; Neskatoties uz to, pusvadītājus var leģēt divās atšķirīgās manierēs. Kad piemaisījumi tiek iestrādāti kristālā ar papildu elektronu uz vienu atomu, šie elektronu pārpalikuma pāreja uz vadīšanas joslu. Piemēram, dažu GA atomu aizstāšana ar Si atomiem GaAs kristālā rada N veida dopingu, kam raksturīga elektronu klātbūtne vadīšanas joslā. Un otrādi, var ieviest piemaisījumus, kuriem nav elektronu, kā rezultātā rodas p tipa dopings, ko raksturo caurumu pastāvēšana valences joslā. Būtisks aspekts ir tas, ka palīgvielas ir mazākuma atomi kristāla struktūrā: viens dopinga atoms starp viena miljona standarta atomu var ievērojami uzlabot elektrisko vadītspēju. Dopinga līmeņa apgūšana ir būtiska pusvadītāju elektrisko īpašību pielāgošanai. Šī kompetence, kas sākās 1940. un 1950. gados, izraisīja revolūcijas mikroelektronikā un optoelektronikā. Pusvadītāja gaismas emisijas pamatkonfigurācija ietver N veida integrāciju (ar elektroniem vadīšanas joslā) un P tipa (ar caurumiem vai elektronu neesamību valences joslā) materiāli. Ja tas tiek pakļauts elektriskiem novirzēm, elektroniem un caurumiem, kas šķērso pretējos virzienos, kur pa kreisi virzošs caurums valences joslā atbilst labēji virzošajiem elektroniem-konverijai PN krustojumā, kā rezultātā tiek parādīta rekombinācija, kas izstaro fotonus (2. att.). Pētniecības kopienas izpratnē kļuva acīmredzama nepieciešamā darbība: spēja sintezēt augstas kvalitātes kristālus ar precīzi kontrolētu P-Type un N veida dopingu. Inaugurācijas GaAs infrasarkanā starojuma vadība tika izstādīta 1962. gadā, pēc tam to pārņēma sākotnējie redzamie gaismas diodes, kuras izstrādāja citas komandas. N. Holonyak, General Electric pētnieks, aizstāvēja GAASP sakausējumu, ļaujot viņam parādīt atklāšanas redzamo pusvadītāju diodes lāzeru. Ir svarīgi atzīt N. Holonyak, kurš, cita starpā, ir ievērojami uzlabojis pusvadītāju gaismas emitētāju izpratni un kontroli. 1963. gadā Niks Holonyaks lasītājā Digest prognozēja, ka pusvadītāju gaismas diodes galu galā aizstās visas spuldzes vispārējām apgaismojuma lietojumprogrammām, neskatoties uz sākotnējām pusvadītāju gaismas diodēm, kas izstaro ļoti blāvu gaismu un uzrāda tikai proporcionālas frakcijas, kas saistītas ar zemāku materiāla kvalitāti. Kādus kritērijus viņš izmantoja, lai ģenerētu šo prognozi? Holonyak atzina, ka kvēlspuldzes darbojas līdzīgi kā melnā ķermeņa izstarotāji, radot spektrālo līkni, kas korelē ar kvēldiega temperatūru; Palielinoties temperatūrai, emisijas spektrs mainās uz īsākiem viļņu garumiem. Visefektīvākās kvēlspuldzes lielākoties izstaro infrasarkano gaismu, kas nav efektīva apgaismojumam un tā vietā darbojas kā siltuma avots. Elektriskās jaudas pārvēršana redzamā optiskajā jaudā pēc būtības ir ierobežota aptuveni 5%. Pusvadītāju gaismas diodes fizika ievērojami atšķiras: gandrīz 100% no elektriskās jaudas var pārveidot par optisko jaudu ar labi regulētu emisijas viļņa garumu (it īpaši joslas sprauga nosaka enerģiju un līdz ar to arī izstarotā fotona viļņa garumu). Var iedomāties ierīci, kas aprīkota ar gaismas diodēm, kas izstaro vairākos redzamos viļņu garumos, katrai no tām ir augsta (vēlams vienotība) konvertēšanas efektivitāte, tādējādi ļaujot emisijai redzēt redzamu baltu gaismu (vai jebkuru izvēlētu redzamu krāsu kombināciju) bez termiskiem zaudējumiem (3. att.). Tam teorētiski vajadzētu funkcionēt; Vienīgais izaicinājums ir panākt tehnoloģisko briedumu, kas nepieciešams īpaši efektīvu gaismas diožu ražošanai noteiktos viļņu garumos. Šie centieni nākamajām desmitgadēm okupēja pusvadītāju pētniekus2014. gada Nobela prēmija.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd tika izveidots 2010. gadā. Tas ir nacionālais augsto tehnoloģiju uzņēmums integrējošs dizains, pētniecības un attīstība, iekštelpu un āra apgaismojuma produktu ražošana un pārdošana, kā arī var veikt OEM, ODM. Papildinformāciju par mūsu piedāvājumiem, lūdzu, sazinieties ar mums pie mums pie mums, lūdzu, sazinieties ar mums pie mums pie mums pie mums pie mums pie mums pie mums pie mums pie mums pie mums pie mums pie mums pie mumsbwzm18@ledbenweilighting.com
