Роль отрицательных ионов в светодиодах
Another Title
The Role of Negative Ions in LEDs
Bibliographic entry
Гречихин, Л. И. Роль отрицательных ионов в светодиодах = The Role of Negative Ions in LEDs / Л. И. Гречихин // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика. – 2026. – № 3. – С. 218-234.
Abstract
В светодиодах в качестве основы используется полупроводниковый кристалл с поверхностью в индексах Миллера (111), формируемый двухатомными молекулами арсенида галлия или фосфида индия объемными кластерами. Внутри них возникает структура из положительно заряженных ионов атомов галлия и мышьяка в арсениде галлия и обменного взаимодействия между положительно заряженными ионами атомов индия и фосфора в фосфиде индия. Положительно заряженный остов компенсируется облаком электронов. В светодиодах возникает электрический ток проводимости и смещения. Поверхность кристалла покрыта монослоем двухатомных молекул с образованием пустот квадратной формы, в которых могут разместиться одиночные примеси (до четырех разных атомов) с образованием отрицательных ионов. В качестве катода используется кристалл арсенида галлия или фосфида индия с примесью, а в качестве анода – алюминий. Ионизация отрицательных ионов разных примесей происходит под воздействием температуры и приложенного внешнего электрического поля. После ионизации возникают свободные электроны, которые в столбообразной пустоте формируют электрический ток проводимости, определяющий мощность светоизлучения. Размер светоизлучающей поверхности светодиода ~10´10 нм. В зоне контакта анода и катода происходит частичное рассеяние электронного потока электрического тока проводимости, что заметно уменьшает мощность светоизлучения. Оно обусловлено энергетическим переходом свободного электрона с верхнего энергетического уровня на нижележащий уровень по схеме, как это происходит в атомах. Вольт-амперные характеристики для светодиодов определяются путем измерения электрического тока смещения во внешней цепи и напряжения на источнике тока. Эти данные не позволяют анализировать работу светодиода, так как светодиод работает на токе проводимости, который возникает внутри него. Какую долю он составляет от общего тока смещения, измеряемого во внешней цепи, трудно определить. В результате теоретического расчета оптимальный электрический ток проводимости в светодиоде не должен превышать 10 мA, а напряжение питания составляет от 1,3 до 3,5 В. Питание светодиода осуществляется только через балластное сопротивление с применением широтно-импульсной модуляции.
Abstract in another language
LEDs are based on a semiconductor crystal with a surface in Miller indices (111), formed by diatomic molecules of gallium arsenide or indium phosphide in bulk clusters. A structure of positively charged ions of gallium and arsenic atoms in gallium arsenide and as well as of an exchange interaction between positively charged ions of indium atoms arises inside them. The positively charged skeleton is compensated by an electron cloud. An electric current of conduction and displacement occurs in LEDs. The crystal surface is covered with a monolayer of diatomic molecules with the formation of quadrate voids, which can accommodate single impurities (up to four different atoms) with the formation of negative ions. A crystal of gallium arsenide or indium phosphide with an admixture is used as the cathode, and aluminum is used as the anode. The ionization of negative ions of various impurities occurs under the influence of temperature and an applied external electric field. After ionization, free electrons arise which form an electric conduction current in the columnar void. An electric conduction current determines the power of light emission. The size of the light-emitting surface of the LED is ~10´10 nm. In the contact zone of the anode and cathode, a partial scattering of the electron flow of the conduction current occurs, which significantly reduces the power of light emission. A scattering is caused by the energetic transition of a free electron from the upper energy level to the underlying level according to the scheme as it occurs in atoms. The volt-ampere characteristics for LEDs are determined by measuring the electric bias current in the external circuit and the voltage at the current source. These data do not allow us to analyze the operation of the LED, since the LED operates on the conduction current that occurs inside it. It is difficult to determine what proportion it makes up of the total displacement current measured in the external circuit. As a result of the theoretical calculation, the optimal electrical conduction current in the LED should not exceed 10 mA, while the supply voltage ranges from 1.3 to 3.5 V. The LED is powered only through ballast resistance using pulse width modulation.
View/
Collections
- № 3[6]