एलईडी प्रकाश क्यों उत्सर्जित कर सकती है?

प्रकाश उत्सर्जक डायोड एक विशेष डायोड है। सामान्य डायोड की तरह, प्रकाश उत्सर्जक डायोड अर्धचालक चिप्स से बने होते हैं। इन अर्धचालक सामग्रियों को पी और एन संरचनाएं बनाने के लिए पूर्व-प्रत्यारोपित या डोप किया जाता है।

अन्य डायोड की तरह, प्रकाश उत्सर्जक डायोड में धारा आसानी से पी पोल (एनोड) से एन पोल (कैथोड) तक प्रवाहित हो सकती है, लेकिन विपरीत दिशा में नहीं। दो अलग-अलग वाहक: छेद और इलेक्ट्रॉन अलग-अलग इलेक्ट्रोड वोल्टेज के तहत इलेक्ट्रोड से पी और एन संरचनाओं तक प्रवाहित होते हैं। जब छेद और इलेक्ट्रॉन मिलते हैं और पुनः संयोजित होते हैं, तो इलेक्ट्रॉन निम्न ऊर्जा स्तर पर गिर जाते हैं और फोटॉन के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं (फोटॉन वे हैं जिन्हें हम अक्सर प्रकाश कहते हैं)।

इससे निकलने वाले प्रकाश की तरंग दैर्ध्य (रंग) अर्धचालक सामग्रियों की बैंडगैप ऊर्जा द्वारा निर्धारित होती है जो पी और एन संरचनाएं बनाती हैं।

चूँकि सिलिकॉन और जर्मेनियम अप्रत्यक्ष बैंडगैप सामग्री हैं, कमरे के तापमान पर, इन सामग्रियों में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का पुनर्संयोजन एक गैर-विकिरण संक्रमण है। ऐसे संक्रमण फोटॉन नहीं छोड़ते, बल्कि ऊर्जा को ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। इसलिए, सिलिकॉन और जर्मेनियम डायोड प्रकाश उत्सर्जित नहीं कर सकते (वे बहुत कम विशिष्ट तापमान पर प्रकाश उत्सर्जित करेंगे, जिसे एक विशेष कोण पर पता लगाया जाना चाहिए, और प्रकाश की चमक स्पष्ट नहीं है)।

प्रकाश उत्सर्जक डायोड में उपयोग की जाने वाली सामग्री सभी प्रत्यक्ष बैंडगैप सामग्री हैं, इसलिए ऊर्जा फोटॉन के रूप में जारी होती है। ये निषिद्ध बैंड ऊर्जाएं निकट-अवरक्त, दृश्यमान, या निकट-पराबैंगनी बैंड में प्रकाश ऊर्जा के अनुरूप हैं।

यह मॉडल एक एलईडी का अनुकरण करता है जो विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के अवरक्त भाग में प्रकाश उत्सर्जित करता है।

विकास के प्रारंभिक चरण में, गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) का उपयोग करने वाले प्रकाश उत्सर्जक डायोड केवल अवरक्त या लाल प्रकाश उत्सर्जित कर सकते थे। सामग्री विज्ञान की प्रगति के साथ, नव विकसित प्रकाश उत्सर्जक डायोड उच्च और उच्च आवृत्तियों के साथ प्रकाश तरंगों का उत्सर्जन कर सकते हैं। आज विभिन्न रंगों के प्रकाश उत्सर्जक डायोड बनाये जा सकते हैं।

डायोड आमतौर पर एन-प्रकार सब्सट्रेट पर निर्मित होते हैं, इसकी सतह पर पी-प्रकार अर्धचालक की एक परत जमा होती है और इलेक्ट्रोड के साथ एक साथ जुड़ी होती है। पी-प्रकार के सबस्ट्रेट्स कम आम हैं, लेकिन इनका उपयोग भी किया जाता है। कई वाणिज्यिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड, विशेष रूप से GaN/InGaN, भी नीलमणि सब्सट्रेट का उपयोग करते हैं।

एलईडी बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली अधिकांश सामग्रियों में बहुत अधिक अपवर्तक सूचकांक होते हैं। इसका मतलब यह है कि अधिकांश प्रकाश तरंगें हवा के इंटरफ़ेस पर सामग्री में वापस परावर्तित हो जाती हैं। इसलिए, एलईडी के लिए प्रकाश तरंग निष्कर्षण एक महत्वपूर्ण विषय है, और इस विषय पर बहुत सारे शोध और विकास केंद्रित हैं।

एलईडी (प्रकाश उत्सर्जक डायोड) और साधारण डायोड के बीच मुख्य अंतर उनकी सामग्री और संरचना है, जिससे विद्युत ऊर्जा को प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित करने में उनकी दक्षता में महत्वपूर्ण अंतर होता है। यह समझाने के लिए यहां कुछ मुख्य बिंदु दिए गए हैं कि क्यों एलईडी प्रकाश उत्सर्जित कर सकते हैं और सामान्य डायोड नहीं:

विभिन्न सामग्रियां:LED III-V सेमीकंडक्टर सामग्री जैसे गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), गैलियम फॉस्फाइड (GaP), गैलियम नाइट्राइड (GaN), आदि का उपयोग करते हैं। इन सामग्रियों में एक सीधा बैंडगैप होता है, जो इलेक्ट्रॉनों को सीधे कूदने और फोटॉन (प्रकाश) छोड़ने की अनुमति देता है। साधारण डायोड आमतौर पर सिलिकॉन या जर्मेनियम का उपयोग करते हैं, जिसमें अप्रत्यक्ष बैंडगैप होता है, और इलेक्ट्रॉन कूद मुख्य रूप से प्रकाश के बजाय गर्मी ऊर्जा रिलीज के रूप में होता है।

भिन्न संरचना:एलईडी की संरचना प्रकाश उत्पादन और उत्सर्जन को अनुकूलित करने के लिए डिज़ाइन की गई है। एलईडी आमतौर पर फोटॉन के उत्पादन और रिलीज को बढ़ावा देने के लिए पीएन जंक्शन पर विशिष्ट डोपेंट और परत संरचनाएं जोड़ते हैं। साधारण डायोड को करंट के सुधार कार्य को अनुकूलित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और प्रकाश उत्पादन पर ध्यान केंद्रित नहीं किया गया है।

ऊर्जा बैंडगैप:एलईडी की सामग्री में एक बड़ी बैंडगैप ऊर्जा होती है, जिसका अर्थ है कि संक्रमण के दौरान इलेक्ट्रॉनों द्वारा जारी ऊर्जा प्रकाश के रूप में दिखाई देने के लिए पर्याप्त है। साधारण डायोड की सामग्री बैंडगैप ऊर्जा छोटी होती है, और जब वे संक्रमण करते हैं तो इलेक्ट्रॉन मुख्य रूप से गर्मी के रूप में निकलते हैं।

दीप्तिमान तंत्र:जब एलईडी का पीएन जंक्शन आगे के पूर्वाग्रह के तहत होता है, तो इलेक्ट्रॉन एन क्षेत्र से पी क्षेत्र में चले जाते हैं, छिद्रों के साथ पुनः संयोजित होते हैं, और प्रकाश उत्पन्न करने के लिए फोटॉन के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं। साधारण डायोड में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का पुनर्संयोजन मुख्य रूप से गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन के रूप में होता है, अर्थात ऊर्जा ऊष्मा के रूप में निकलती है।

ये अंतर एलईडी को काम करते समय प्रकाश उत्सर्जित करने की अनुमति देते हैं, जबकि सामान्य डायोड ऐसा नहीं कर सकते।

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