Os diodos emissores de luz (LEDs) não são feitos de silício ou germânio, que são comumente usados em dispositivos semicondutores, porque a natureza de bandgap direto de materiais como arsenieto de gálio (GaAs), fosfeto de gálio (GaP) ou outros semicondutores compostos é mais adequada para emissão de luz eficiente. Aqui está uma explicação detalhada:
1. Considerações sobre bandgap:
- Silício e Germânio: Silício e germânio são semicondutores bandgap indiretos. Em um material bandgap indireto, as regras de conservação do momento durante as transições eletrônicas tornam a recombinação radiativa menos provável. Isto resulta numa emissão de luz ineficiente e torna estes materiais menos adequados para aplicações LED.
- Semicondutores Compostos: Semicondutores compostos como GaAs e GaP têm bandgaps diretos, o que significa que as regras de conservação de momento favorecem a recombinação radiativa. Esta propriedade permite uma conversão mais eficiente de energia elétrica em luz, tornando-os ideais para aplicações de LED.
2. Lacuna de energia e comprimento de onda:
- Silício e Germânio: O silício tem um bandgap indireto de cerca de 1,1 eV, enquanto o germânio tem um bandgap indireto de cerca de 0,66 eV. A lacuna de energia para uma emissão eficiente de luz visível é normalmente maior, e o comprimento de onda da luz emitida pelo silício ou germânio sob excitação elétrica está na faixa do infravermelho.
- Semicondutores Compostos: Os semicondutores compostos à base de gálio têm bandas proibidas na faixa adequada para emissão de luz visível. Por exemplo, GaAs tem um bandgap em torno de 1,4 eV, permitindo emitir luz na faixa do vermelho e do infravermelho próximo. Ao incorporar diferentes materiais e ligas, podem ser alcançados LEDs com vários comprimentos de onda de emissão.
3. Eficiência e brilho:
- Silício e Germânio: A baixa probabilidade de recombinação radiativa em materiais bandgap indiretos leva a menor eficiência e brilho do LED. O silício e o germânio são mais comumente usados na eletrônica como semicondutores para transistores e outros dispositivos, onde a emissão de luz não é uma consideração principal.
- Semicondutores Compostos: Os semicondutores compostos oferecem maior eficiência e brilho, tornando-os adequados para aplicações de LED. Eles são amplamente utilizados em diversas cores e aplicações, desde iluminação até tecnologias de exibição.
4. Compatibilidade de materiais:
- Silício: O silício é o material dominante na indústria de semicondutores devido à sua abundância e técnicas de processamento bem estabelecidas. No entanto, para LEDs, onde a emissão eficiente de luz é crucial, outros materiais são preferidos.
- Compostos à base de gálio: Os semicondutores compostos à base de gálio oferecem um bom compromisso entre propriedades do material, capacidade de processamento e emissão eficiente de luz, tornando-os adequados para a fabricação de LED.
5. Faixa de comprimento de onda:
- Silício e Germânio: Silício e germânio são comumente usados em componentes eletrônicos e suas propriedades ópticas são exploradas em fotodetectores e células solares. No entanto, sua natureza indireta de bandgap limita sua adequação para aplicações de LED direcionadas à faixa de luz visível.
- Semicondutores Compostos: Os semicondutores compostos são projetados para cobrir uma ampla gama de comprimentos de onda, permitindo a produção de LEDs abrangendo todo o espectro visível.
Concluindo, a escolha dos materiais na fabricação de LED é orientada pela necessidade de emissão eficiente de luz no espectro visível. Embora o silício e o germânio sejam valiosos para aplicações eletrônicas, semicondutores compostos como materiais à base de gálio são preferidos para LEDs devido à sua natureza de bandgap direto e compatibilidade com a obtenção de emissão eficiente de luz visível.
