എൽഇഡിയുടെ പ്രകാശ തത്വം

എല്ലാംറീചാർജ് ചെയ്യാവുന്ന വർക്ക് ലൈറ്റ്, പോർട്ടബിൾ ക്യാമ്പിംഗ് ലൈറ്റ്ഒപ്പംമൾട്ടിഫങ്ഷണൽ ഹെഡ്‌ലാമ്പ്LED ബൾബ് തരം ഉപയോഗിക്കുക. ഡയോഡ് ലെഡിന്റെ തത്വം മനസ്സിലാക്കാൻ, ആദ്യം സെമികണ്ടക്ടറുകളെക്കുറിച്ചുള്ള അടിസ്ഥാന അറിവ് മനസ്സിലാക്കുക. സെമികണ്ടക്ടർ വസ്തുക്കളുടെ ചാലക ഗുണങ്ങൾ കണ്ടക്ടറുകൾക്കും ഇൻസുലേറ്ററുകൾക്കും ഇടയിലാണ്. അതിന്റെ സവിശേഷ സവിശേഷതകൾ ഇവയാണ്: ബാഹ്യ പ്രകാശ, താപ സാഹചര്യങ്ങളാൽ അർദ്ധചാലകം ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുമ്പോൾ, അതിന്റെ ചാലക ശേഷി ഗണ്യമായി മാറും; ശുദ്ധമായ ഒരു സെമികണ്ടക്ടറിലേക്ക് ചെറിയ അളവിൽ മാലിന്യങ്ങൾ ചേർക്കുന്നത് വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാനുള്ള അതിന്റെ കഴിവ് ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. ആധുനിക ഇലക്ട്രോണിക്സിൽ ഏറ്റവും സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന സെമികണ്ടക്ടറുകളാണ് സിലിക്കൺ (Si), ജെർമേനിയം (Ge) എന്നിവയാണ്, അവയുടെ പുറം ഇലക്ട്രോണുകൾ നാലെണ്ണമാണ്. സിലിക്കൺ അല്ലെങ്കിൽ ജെർമേനിയം ആറ്റങ്ങൾ ഒരു ക്രിസ്റ്റൽ രൂപപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, അയൽപക്ക ആറ്റങ്ങൾ പരസ്പരം ഇടപഴകുന്നു, അങ്ങനെ ബാഹ്യ ഇലക്ട്രോണുകൾ രണ്ട് ആറ്റങ്ങളാൽ പങ്കിടപ്പെടുന്നു, ഇത് ക്രിസ്റ്റലിലെ കോവാലന്റ് ബോണ്ട് ഘടന ഉണ്ടാക്കുന്നു, ഇത് ചെറിയ നിയന്ത്രണ ശേഷിയുള്ള ഒരു തന്മാത്രാ ഘടനയാണ്. മുറിയിലെ താപനിലയിൽ (300K), താപ ഉത്തേജനം ചില ബാഹ്യ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് കോവാലന്റ് ബോണ്ടിൽ നിന്ന് വേർപെട്ട് സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളായി മാറാൻ ആവശ്യമായ ഊർജ്ജം ലഭിക്കാൻ ഇടയാക്കും, ഈ പ്രക്രിയയെ ആന്തരിക ഉത്തേജനം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോൺ സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണായി മാറാൻ അൺബൗണ്ട് ചെയ്ത ശേഷം, കോവാലന്റ് ബോണ്ടിൽ ഒരു ഒഴിവ് അവശേഷിക്കുന്നു. ഈ ഒഴിവിനെ ഒരു ദ്വാരം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഒരു ദ്വാരത്തിന്റെ രൂപം ഒരു അർദ്ധചാലകത്തെ ഒരു കണ്ടക്ടറിൽ നിന്ന് വേർതിരിക്കുന്ന ഒരു പ്രധാന സവിശേഷതയാണ്.

ഇൻട്രിനിക് സെമികണ്ടക്ടറിൽ ഫോസ്ഫറസ് പോലുള്ള പെന്റാവാലന്റ് മാലിന്യങ്ങൾ ചെറിയ അളവിൽ ചേർക്കുമ്പോൾ, മറ്റ് സെമികണ്ടക്ടർ ആറ്റങ്ങളുമായി ഒരു കോവാലന്റ് ബോണ്ട് രൂപപ്പെടുത്തിയ ശേഷം അതിന് ഒരു അധിക ഇലക്ട്രോൺ ഉണ്ടാകും. ഈ അധിക ഇലക്ട്രോണിന് ബോണ്ടിൽ നിന്ന് മുക്തി നേടാനും ഒരു സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണായി മാറാനും വളരെ ചെറിയ ഊർജ്ജം മാത്രമേ ആവശ്യമുള്ളൂ. ഇത്തരത്തിലുള്ള അശുദ്ധി സെമികണ്ടക്ടറിനെ ഇലക്ട്രോണിക് സെമികണ്ടക്ടർ (N-ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ടർ) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഇൻട്രിനിക് സെമികണ്ടക്ടറിലേക്ക് ഒരു ചെറിയ അളവിൽ ട്രൈവാലന്റ് എലമെന്റൽ മാലിന്യങ്ങൾ (ബോറോൺ മുതലായവ) ചേർക്കുന്നത്, പുറം പാളിയിൽ മൂന്ന് ഇലക്ട്രോണുകൾ മാത്രമുള്ളതിനാൽ, ചുറ്റുമുള്ള സെമികണ്ടക്ടർ ആറ്റങ്ങളുമായി ഒരു കോവാലന്റ് ബോണ്ട് രൂപപ്പെടുത്തിയ ശേഷം, അത് ക്രിസ്റ്റലിൽ ഒരു ഒഴിവ് സൃഷ്ടിക്കും. ഇത്തരത്തിലുള്ള അശുദ്ധി സെമികണ്ടക്ടറിനെ ഹോൾ സെമികണ്ടക്ടർ (P-ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ടർ) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. N-ടൈപ്പ്, P-ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ടറുകൾ സംയോജിപ്പിക്കുമ്പോൾ, അവയുടെ ജംഗ്ഷനിലെ ഫ്രീ ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും ദ്വാരങ്ങളുടെയും സാന്ദ്രതയിൽ വ്യത്യാസമുണ്ട്. ഇലക്ട്രോണുകളും ദ്വാരങ്ങളും താഴ്ന്ന സാന്ദ്രതയിലേക്ക് വ്യാപിക്കുന്നു, ചാർജ്ജ് ചെയ്തതും എന്നാൽ ചലനരഹിതവുമായ അയോണുകൾ അവശേഷിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് N-ടൈപ്പ്, P-ടൈപ്പ് മേഖലകളുടെ യഥാർത്ഥ വൈദ്യുത നിഷ്പക്ഷതയെ നശിപ്പിക്കുന്നു. ഈ നിശ്ചല ചാർജ്ജ് കണങ്ങളെ പലപ്പോഴും സ്പേസ് ചാർജുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു, കൂടാതെ അവ N, P മേഖലകളുടെ ഇന്റർഫേസിന് സമീപം കേന്ദ്രീകരിച്ച് വളരെ നേർത്ത സ്പേസ് ചാർജ് മേഖലയായി മാറുന്നു, ഇത് PN ജംഗ്ഷൻ എന്നറിയപ്പെടുന്നു.

പിഎൻ ജംഗ്ഷന്റെ രണ്ട് അറ്റങ്ങളിലും ഒരു ഫോർവേഡ് ബയസ് വോൾട്ടേജ് പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ (പി-ടൈപ്പിന്റെ ഒരു വശത്തേക്ക് പോസിറ്റീവ് വോൾട്ടേജ്), ദ്വാരങ്ങളും സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളും പരസ്പരം ചലിക്കുകയും ഒരു ആന്തരിക വൈദ്യുത മണ്ഡലം സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. പുതുതായി കുത്തിവച്ച ദ്വാരങ്ങൾ സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളുമായി വീണ്ടും സംയോജിക്കുകയും ചിലപ്പോൾ ഫോട്ടോണുകളുടെ രൂപത്തിൽ അധിക ഊർജ്ജം പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ലെഡുകൾ പുറപ്പെടുവിക്കുന്നതായി നമ്മൾ കാണുന്ന പ്രകാശമാണ്. അത്തരമൊരു സ്പെക്ട്രം താരതമ്യേന ഇടുങ്ങിയതാണ്, കൂടാതെ ഓരോ മെറ്റീരിയലിനും വ്യത്യസ്ത ബാൻഡ് വിടവ് ഉള്ളതിനാൽ, പുറത്തുവിടുന്ന ഫോട്ടോണുകളുടെ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾ വ്യത്യസ്തമാണ്, അതിനാൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന വസ്തുക്കളാണ് ലെഡുകളുടെ നിറങ്ങൾ നിർണ്ണയിക്കുന്നത്.