СВЕТОДИОД

     Светодиоды, которые с каждым месяцем всё более вытясняют традиционные лампы и КЛЛ, для многих по прежнему остаются загадкой – что это? Как он работает и за счёт чего происходит свечение? На эти вопросы мы и дадим отвт в данной статье. Как известно, светодиод представляет собой полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Любой светодиод состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса, контактных выводов и линзы. Конструкция классического светодиода показана на рисунке ниже.

     Свечение в светодиодах возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Для обеспечения этого p-n-перехода, то есть контакта двух полупроводников с разными типами проводимости, приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими. И чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче, так как с его ростом всё больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации. Но при большом увеличении тока диод перегреется и выйдет из строя. Существует такое понятие, как квантовый выход светодиода - число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Внутренний квантовый выход в самом p-n-переходе, внешний определяется для  LED прибора в общем, с учётом рассеивания. Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов может достигать 100%.

     Цвет свечения светодиода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки. Другими словами от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Для получения белого света от светодиодов применяют либо смешивание цветов по технологии RGB, когда на одной матрице размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы; либо на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне, наносится три люминофора, излучающих голубой, зеленый и красный свет; либо желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносят на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый свет.

     Питать светодиод надо только постоянным током, так как в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и даже незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поэтому, если ток превысит допустимый предел, перегрев светодиода может привести к ускоренному старению. Светодиод применяемый для индикации, потребляет от 2 до 3.5 В постоянного напряжения при токе до 30 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет большее напряжение и ток до 3А. При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя, напряжение пробоя обычно составляет более 10 В.

     Светодиоды изготавливают выращиванием кристаллов, основная технология — металлоорганическая эпитаксия. Толщина выращиваемых слоев кристаллов измеряется в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, чтоб создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок — в р-области. За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 15 подложках диаметром до 100мм. Производство светодиодов занятие не дешёвое: стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, достигает 2 млн уе. 

     Следующим этапом технологии изготовления LED прибора является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к n - и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч миниатюрных чипов. Далее из этих чипов делают сами светодиоды: монтируют кристалл в корпусе, делают контактные выводы, оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода уже не даёт достаточного теплоотвода. Поэтому на смену традиционной технологии приходит более передовая технология СОВ (chip on board). Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, приклеиваются на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора, так как она делается из металла.

     ФОРУМ по светодиодам.