ایل ای ڈی روشنی کیوں خارج کر سکتا ہے؟

روشنی خارج کرنے والا ڈایڈڈ ایک خاص ڈایڈڈ ہے۔ عام ڈائیوڈس کی طرح، روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس سیمی کنڈکٹر چپس پر مشتمل ہوتے ہیں۔ یہ سیمی کنڈکٹر مواد p اور n ڈھانچے کو تیار کرنے کے لئے پہلے سے لگائے گئے یا ڈوپڈ ہیں۔

دوسرے ڈایڈس کی طرح، روشنی خارج کرنے والے ڈایڈڈ میں کرنٹ آسانی سے p قطب (اینوڈ) سے n قطب (کیتھوڈ) میں بہہ سکتا ہے، لیکن مخالف سمت میں نہیں۔ دو مختلف کیریئرز: سوراخ اور الیکٹران الیکٹروڈ سے مختلف الیکٹروڈ وولٹیجز کے تحت p اور n ڈھانچے میں بہتے ہیں۔ جب سوراخ اور الیکٹران آپس میں ملتے ہیں اور دوبارہ اکٹھے ہوتے ہیں تو الیکٹران توانائی کی کم سطح پر گرتے ہیں اور فوٹان کی شکل میں توانائی خارج کرتے ہیں (فوٹونز وہ ہیں جنہیں ہم اکثر روشنی کہتے ہیں)۔

اس سے خارج ہونے والی روشنی کی طول موج (رنگ) کا تعین سیمی کنڈکٹر مواد کی بینڈ گیپ انرجی سے ہوتا ہے جو p اور n ڈھانچے کو بناتے ہیں۔

چونکہ سلکان اور جرمینیم بالواسطہ بینڈ گیپ مواد ہیں، کمرے کے درجہ حرارت پر، ان مواد میں الیکٹرانوں اور سوراخوں کا دوبارہ ملاپ ایک غیر تابکاری منتقلی ہے۔ اس طرح کی منتقلی فوٹون جاری نہیں کرتی ہے، لیکن توانائی کو حرارت کی توانائی میں تبدیل کرتی ہے۔ لہٰذا، سلیکون اور جرمینیئم ڈائیوڈس روشنی کا اخراج نہیں کر سکتے ہیں (وہ انتہائی کم مخصوص درجہ حرارت پر روشنی خارج کریں گے، جس کا ایک خاص زاویہ سے پتہ لگانا ضروری ہے، اور روشنی کی چمک واضح نہیں ہے)۔

روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس میں استعمال ہونے والے مواد تمام براہ راست بینڈ گیپ مواد ہیں، لہذا توانائی فوٹوون کی شکل میں جاری ہوتی ہے۔ یہ ممنوعہ بینڈ توانائیاں قریب اورکت، مرئی، یا قریب الٹرا وایلیٹ بینڈوں میں روشنی کی توانائی سے مطابقت رکھتی ہیں۔

یہ ماڈل ایک ایل ای ڈی کی نقل کرتا ہے جو برقی مقناطیسی سپیکٹرم کے انفراریڈ حصے میں روشنی خارج کرتا ہے۔

ترقی کے ابتدائی مراحل میں، گیلیم آرسنائیڈ (GaAs) کا استعمال کرتے ہوئے روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس صرف اورکت یا سرخ روشنی کا اخراج کر سکتے ہیں۔ مادی سائنس کی ترقی کے ساتھ، نئے تیار کردہ روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس زیادہ اور زیادہ تعدد کے ساتھ روشنی کی لہروں کو خارج کر سکتے ہیں۔ آج، مختلف رنگوں کے روشنی خارج کرنے والے ڈائیوڈ بنائے جا سکتے ہیں۔

ڈائیوڈز عام طور پر N-type substrate پر بنائے جاتے ہیں، P-type سیمک کنڈکٹر کی ایک تہہ اس کی سطح پر جمع ہوتی ہے اور الیکٹروڈز کے ساتھ جڑی ہوتی ہے۔ P-type substrates کم عام ہیں، لیکن یہ بھی استعمال ہوتے ہیں۔ بہت سے تجارتی روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس، خاص طور پر GaN/InGaN، بھی نیلم کے ذیلی ذخیرے استعمال کرتے ہیں۔

ایل ای ڈی بنانے کے لیے استعمال ہونے والے زیادہ تر مواد میں بہت زیادہ ریفریکٹیو انڈیکس ہوتے ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ زیادہ تر روشنی کی لہریں ہوا کے ساتھ انٹرفیس پر واپس مواد میں منعکس ہوتی ہیں۔ لہذا، روشنی کی لہر نکالنا ایل ای ڈی کے لئے ایک اہم موضوع ہے، اور بہت زیادہ تحقیق اور ترقی اس موضوع پر مرکوز ہے۔

ایل ای ڈی (روشنی سے خارج ہونے والے ڈائیوڈس) اور عام ڈائیوڈز کے درمیان بنیادی فرق ان کے مواد اور ساخت کا ہے، جو برقی توانائی کو ہلکی توانائی میں تبدیل کرنے میں ان کی کارکردگی میں نمایاں فرق کا باعث بنتا ہے۔ یہ بتانے کے لیے کچھ اہم نکات یہ ہیں کہ ایل ای ڈی روشنی کیوں خارج کر سکتے ہیں اور عام ڈائیوڈ کیوں نہیں کر سکتے:

مختلف مواد:ایل ای ڈیز III-V سیمی کنڈکٹر مواد جیسے گیلیم آرسنائیڈ (GaAs)، گیلیم فاسفائیڈ (GaP)، گیلیم نائٹرائڈ (GaN) وغیرہ کا استعمال کرتی ہیں۔ ان مواد میں براہ راست بینڈ گیپ ہوتا ہے، جس سے الیکٹران براہ راست چھلانگ لگاتے ہیں اور فوٹون (روشنی) چھوڑ سکتے ہیں۔ عام ڈائیوڈس عام طور پر سلکان یا جرمینیئم کا استعمال کرتے ہیں، جن کا بالواسطہ بینڈ گیپ ہوتا ہے، اور الیکٹران کی چھلانگ بنیادی طور پر روشنی کی بجائے حرارت کی توانائی کے اخراج کی صورت میں ہوتی ہے۔

مختلف ساخت:ایل ای ڈی کی ساخت روشنی کی پیداوار اور اخراج کو بہتر بنانے کے لیے بنائی گئی ہے۔ ایل ای ڈی عام طور پر پی این جنکشن پر مخصوص ڈوپینٹس اور پرت کے ڈھانچے کو جوڑتے ہیں تاکہ فوٹون کی پیداوار اور رہائی کو فروغ دیا جا سکے۔ عام ڈایڈس کرنٹ کی اصلاحی تقریب کو بہتر بنانے کے لیے بنائے گئے ہیں اور روشنی کی نسل پر توجہ نہیں دیتے ہیں۔

انرجی بینڈ گیپ:ایل ای ڈی کے مواد میں ایک بڑی بینڈ گیپ توانائی ہوتی ہے، جس کا مطلب یہ ہے کہ منتقلی کے دوران الیکٹرانز کے ذریعے خارج ہونے والی توانائی روشنی کی شکل میں ظاہر ہونے کے لیے کافی زیادہ ہے۔ عام ڈایڈس کی مادی بینڈ گیپ توانائی چھوٹی ہوتی ہے، اور الیکٹران بنیادی طور پر حرارت کی صورت میں جب وہ منتقل ہوتے ہیں تو خارج ہوتے ہیں۔

روشنی کا طریقہ کار:جب ایل ای ڈی کا پی این جنکشن فارورڈ تعصب کے تحت ہوتا ہے، الیکٹران n ریجن سے p ریجن میں منتقل ہوتے ہیں، سوراخوں کے ساتھ دوبارہ مل جاتے ہیں، اور روشنی پیدا کرنے کے لیے فوٹان کی شکل میں توانائی چھوڑتے ہیں۔ عام ڈائیوڈس میں، الیکٹران اور سوراخوں کا دوبارہ ملاپ بنیادی طور پر غیر ریڈی ایٹیو ری کنبینیشن کی صورت میں ہوتا ہے، یعنی توانائی حرارت کی صورت میں خارج ہوتی ہے۔

یہ فرق ایل ای ڈی کو کام کرتے وقت روشنی کا اخراج کرنے کی اجازت دیتے ہیں، جبکہ عام ڈائیوڈ نہیں کر سکتے۔

یہ مضمون انٹرنیٹ سے آیا ہے اور کاپی رائٹ اصل مصنف کا ہے۔