એલઇડી પ્રકાશ કેમ ઉત્સર્જિત કરી શકે છે?

લાઇટ-એમિટિંગ ડાયોડ એ એક ખાસ ડાયોડ છે. સામાન્ય ડાયોડ્સની જેમ, પ્રકાશ ઉત્સર્જન કરતા ડાયોડ સેમિકન્ડક્ટર ચિપ્સથી બનેલા હોય છે. આ સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સ p અને n સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવા માટે પ્રી-ઇમ્પ્લાન્ટ અથવા ડોપ્ડ છે.

અન્ય ડાયોડની જેમ, પ્રકાશ-ઉત્સર્જન કરતા ડાયોડમાંનો પ્રવાહ સરળતાથી p ધ્રુવ (એનોડ) થી n ધ્રુવ (કેથોડ) તરફ વહી શકે છે, પરંતુ વિરુદ્ધ દિશામાં નહીં. બે અલગ અલગ કેરિયર્સ: છિદ્રો અને ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રોડમાંથી p અને n સ્ટ્રક્ચરમાં વિવિધ ઇલેક્ટ્રોડ વોલ્ટેજ હેઠળ વહે છે. જ્યારે છિદ્રો અને ઈલેક્ટ્રોન એકબીજાને મળે છે અને પુનઃસંયોજિત થાય છે, ત્યારે ઈલેક્ટ્રોન નીચા ઉર્જા સ્તર પર પડે છે અને ફોટોનના સ્વરૂપમાં ઊર્જા છોડે છે (ફોટોન્સ જેને આપણે ઘણીવાર પ્રકાશ કહીએ છીએ).

તે જે પ્રકાશ ફેંકે છે તેની તરંગલંબાઇ (રંગ) સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીની બેન્ડગેપ ઊર્જા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે જે p અને n સ્ટ્રક્ચર બનાવે છે.

સિલિકોન અને જર્મેનિયમ પરોક્ષ બેન્ડગેપ સામગ્રી હોવાથી, ઓરડાના તાપમાને, આ સામગ્રીઓમાં ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રોનું પુનઃસંયોજન એ બિન-રેડિએટીવ સંક્રમણ છે. આવા સંક્રમણો ફોટોન છોડતા નથી, પરંતુ ઊર્જાને ઉષ્મા ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. તેથી, સિલિકોન અને જર્મેનિયમ ડાયોડ્સ પ્રકાશને ઉત્સર્જિત કરી શકતા નથી (તેઓ ખૂબ ઓછા ચોક્કસ તાપમાને પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરશે, જે વિશિષ્ટ ખૂણા પર શોધવું આવશ્યક છે, અને પ્રકાશની તેજસ્વીતા સ્પષ્ટ નથી).

પ્રકાશ ઉત્સર્જિત ડાયોડમાં વપરાતી સામગ્રીઓ તમામ સીધી બેન્ડગેપ સામગ્રી છે, તેથી ઊર્જા ફોટોનના સ્વરૂપમાં મુક્ત થાય છે. આ પ્રતિબંધિત બેન્ડ ઊર્જા નજીકના-ઇન્ફ્રારેડ, દૃશ્યમાન અથવા નજીકના અલ્ટ્રાવાયોલેટ બેન્ડમાં પ્રકાશ ઊર્જાને અનુરૂપ છે.

આ મોડેલ એલઇડીનું અનુકરણ કરે છે જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પેક્ટ્રમના ઇન્ફ્રારેડ ભાગમાં પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે.

વિકાસના પ્રારંભિક તબક્કામાં, ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (GaAs) નો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશ ઉત્સર્જન કરતા ડાયોડ માત્ર ઇન્ફ્રારેડ અથવા લાલ પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરી શકે છે. સામગ્રી વિજ્ઞાનની પ્રગતિ સાથે, નવા વિકસિત પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ્સ ઉચ્ચ અને ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ સાથે પ્રકાશ તરંગો ઉત્સર્જિત કરી શકે છે. આજે, વિવિધ રંગોના પ્રકાશ ઉત્સર્જિત ડાયોડ બનાવી શકાય છે.

ડાયોડ્સ સામાન્ય રીતે એન-ટાઈપ સબસ્ટ્રેટ પર બાંધવામાં આવે છે, તેની સપાટી પર પી-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટરનો એક સ્તર જમા થાય છે અને ઈલેક્ટ્રોડ્સ સાથે જોડાયેલ હોય છે. પી-ટાઈપ સબસ્ટ્રેટ ઓછા સામાન્ય છે, પરંતુ તેનો ઉપયોગ પણ થાય છે. ઘણા વાણિજ્યિક પ્રકાશ ઉત્સર્જિત ડાયોડ, ખાસ કરીને GaN/InGaN, પણ નીલમ સબસ્ટ્રેટનો ઉપયોગ કરે છે.

LEDs બનાવવા માટે વપરાતી મોટાભાગની સામગ્રીમાં ખૂબ ઊંચા રીફ્રેક્ટિવ સૂચકાંકો હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે મોટાભાગના પ્રકાશ તરંગો હવા સાથેના ઇન્ટરફેસ પર સામગ્રીમાં પાછા પ્રતિબિંબિત થાય છે. તેથી, LEDs માટે પ્રકાશ તરંગ નિષ્કર્ષણ એ એક મહત્વપૂર્ણ વિષય છે, અને આ વિષય પર ઘણું સંશોધન અને વિકાસ કેન્દ્રિત છે.

LEDs (પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ્સ) અને સામાન્ય ડાયોડ્સ વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત એ તેમની સામગ્રી અને માળખું છે, જે વિદ્યુત ઊર્જાને પ્રકાશ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવામાં તેમની કાર્યક્ષમતામાં નોંધપાત્ર તફાવત તરફ દોરી જાય છે. એલઈડી પ્રકાશ કેમ ઉત્સર્જિત કરી શકે છે અને સામાન્ય ડાયોડ કેમ કરી શકતા નથી તે સમજાવવા માટે અહીં કેટલાક મુખ્ય મુદ્દાઓ છે:

વિવિધ સામગ્રી:એલઈડી III-V સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે જેમ કે ગેલિયમ આર્સેનાઈડ (GaAs), ગેલિયમ ફોસ્ફાઈડ (GaP), ગેલિયમ નાઈટ્રાઈડ (GaN), વગેરે. આ સામગ્રીઓમાં સીધો બેન્ડગેપ હોય છે, જેનાથી ઈલેક્ટ્રોન સીધા જ કૂદી શકે છે અને ફોટોન (પ્રકાશ) છોડે છે. સામાન્ય ડાયોડ્સ સામાન્ય રીતે સિલિકોન અથવા જર્મેનિયમનો ઉપયોગ કરે છે, જેમાં પરોક્ષ બેન્ડગેપ હોય છે, અને ઇલેક્ટ્રોન જમ્પ મુખ્યત્વે પ્રકાશને બદલે ગરમી ઊર્જાના પ્રકાશનના સ્વરૂપમાં થાય છે.

વિવિધ માળખું:એલઇડીનું માળખું પ્રકાશ જનરેશન અને ઉત્સર્જનને શ્રેષ્ઠ બનાવવા માટે રચાયેલ છે. LEDs સામાન્ય રીતે ફોટૉનના ઉત્પાદન અને પ્રકાશનને પ્રોત્સાહિત કરવા માટે pn જંકશન પર ચોક્કસ ડોપન્ટ્સ અને લેયર સ્ટ્રક્ચર ઉમેરે છે. સામાન્ય ડાયોડ્સ વર્તમાનના સુધારણા કાર્યને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે રચાયેલ છે અને પ્રકાશના ઉત્પાદન પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરતા નથી.

એનર્જી બેન્ડગેપ:LED ની સામગ્રીમાં મોટી બેન્ડગેપ એનર્જી હોય છે, જેનો અર્થ છે કે સંક્રમણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા છોડવામાં આવતી ઊર્જા પ્રકાશના સ્વરૂપમાં દેખાઈ શકે તેટલી ઊંચી હોય છે. સામાન્ય ડાયોડની મટીરીયલ બેન્ડગેપ એનર્જી નાની હોય છે, અને ઈલેક્ટ્રોન જ્યારે સંક્રમણ કરે છે ત્યારે તેઓ મુખ્યત્વે ગરમીના સ્વરૂપમાં મુક્ત થાય છે.

લ્યુમિનેસેન્સ મિકેનિઝમ:જ્યારે એલઇડીનું pn જંકશન ફોરવર્ડ બાયસ હેઠળ હોય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન n પ્રદેશમાંથી p પ્રદેશમાં જાય છે, છિદ્રો સાથે ફરી જોડાય છે અને પ્રકાશ પેદા કરવા માટે ફોટોન સ્વરૂપમાં ઊર્જા છોડે છે. સામાન્ય ડાયોડમાં, ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રોનું પુનઃસંયોજન મુખ્યત્વે બિન-કિરણોત્સર્ગી પુનઃસંયોજનના સ્વરૂપમાં હોય છે, એટલે કે, ઉર્જા ઉષ્માના રૂપમાં મુક્ત થાય છે.

આ તફાવતો LED ને કામ કરતી વખતે પ્રકાશ ફેંકવાની મંજૂરી આપે છે, જ્યારે સામાન્ય ડાયોડ્સ કરી શકતા નથી.

આ લેખ ઈન્ટરનેટ પરથી આવ્યો છે અને કોપીરાઈટ મૂળ લેખકનો છે