Une diode est le type de dispositif semi-conducteur le plus simple. En termes généraux, une
Un semi-conducteur est un matériau dont la capacité à conduire le courant électrique varie. La plupart
Les semi-conducteurs sont constitués d'un mauvais conducteur qui a eu des impuretés (atomes d'un autre
(matière) qui lui est ajoutée. Le processus d'ajout d'impuretés est appelé dopage cal.
Dans le cas des LED, le matériau conducteur est généralement de l'arséniure d'aluminium et de gallium
(AlGaAs). Dans l'arséniure d'aluminium-gallium pur, tous les atomes se lient parfaitement à leurs
voisins, ne laissant aucun électron libre (particules chargées négativement) pour conduire
courant électrique. Dans un matériau dopé, des atomes supplémentaires modifient l'équilibre, soit
ajouter des électrons libres ou créer des trous où les électrons peuvent se loger. L'une ou l'autre de ces options
les ajouts rendent le matériau plus conducteur.
Un semi-conducteur avec des électrons supplémentaires est appelé matériau de type N, car il possède des électrons supplémentaires.
particules chargées négativement. Dans un matériau de type N, les électrons libres se déplacent d'un
zone chargée négativement vers une zone chargée positivement.
Un semi-conducteur avec des trous supplémentaires est appelé matériau de type P, car il a effectivement
particules chargées positivement. Les électrons peuvent sauter d'un trou à l'autre, passant de
une zone chargée négativement vers une zone chargée positivement. Par conséquent, les trous
eux-mêmes semblent se déplacer d'une zone chargée positivement vers une zone chargée négativement.
Une diode comprend une section de matériau de type N liée à une section de matériau de type P,
avec des électrodes à chaque extrémité. Cette disposition conduit l'électricité en une seule
direction. Lorsqu'aucune tension n'est appliquée à la diode, les électrons du matériau de type N
remplir les trous du matériau de type P le long de la jonction entre les couches, formant un
zone d'appauvrissement. Dans une zone d'appauvrissement, le matériau semi-conducteur retrouve sa forme initiale.
état isolant d'origine - tous les trous sont pleins, il n'y a donc pas d'électrons libres
ou des espaces vides pour les électrons, et la charge ne peut pas circuler.
À la jonction, les électrons libres du matériau de type N remplissent les trous du matériau de type P
matériau. Cela crée une couche isolante au milieu de la diode appelée
zone d'épuisement.
Pour se débarrasser de la zone d'appauvrissement, il faut faire bouger les électrons du type N
vers la zone de type P et les trous se déplaçant dans la direction inverse. Pour ce faire,
connectez le côté de type N de la diode à l'extrémité négative d'un circuit et le côté de type P
côté positif. Les électrons libres du matériau de type N sont repoussés par
négative et attirée vers l'électrode positive. Les trous dans le type P
matériau se déplace dans l'autre sens. Lorsque la différence de tension entre les électrodes est
suffisamment élevé, les électrons de la zone d'appauvrissement sont propulsés hors de leurs trous et
recommencent à se déplacer librement. La zone d'épuisement disparaît et la charge se déplace à travers
diode.
Lorsque l'extrémité négative du circuit est connectée à la couche de type N et l'extrémité positive
l'extrémité est connectée à la couche de type P, les électrons et les trous commencent à se déplacer et l'appauvrissement
la zone disparaît.
Si vous essayez de faire passer le courant dans l'autre sens, avec le côté de type P connecté au
extrémité négative du circuit et le côté de type N connecté à l'extrémité positive, courant
ne circulera pas. Les électrons négatifs du matériau de type N sont attirés par
électrode positive. Les trous positifs dans le matériau de type P sont attirés par
électrode négative. Aucun courant ne circule à travers la jonction car les trous et
Les électrons se déplacent tous dans la mauvaise direction. La zone d'appauvrissement s'agrandit.
Lorsque l'extrémité positive du circuit est connectée à la couche de type N et l'extrémité négative
l'extrémité est connectée à la couche de type P, les électrons libres s'accumulent à une extrémité de la diode
et les trous s'accumulent de l'autre côté. La zone d'épuisement s'agrandit.
L'interaction entre les électrons et les trous dans cette configuration a un côté intéressant
Effet : il génère de la lumière ! Dans la section suivante, nous découvrirons exactement pourquoi.
La lumière est une forme d'énergie pouvant être libérée par un atome. Elle est composée de nombreux petits
paquets de particules possédant une énergie et une quantité de mouvement, mais aucune masse. Ces particules, appelées
Les photons sont les unités de lumière les plus élémentaires.
Les photons sont libérés suite au déplacement des électrons. Dans un atome, les électrons se déplacent
orbitales autour du noyau. Les électrons des différentes orbitales ont des quantités différentes de
énergie. En règle générale, les électrons ayant une énergie plus élevée se déplacent dans des orbitales plus éloignées
loin du noyau.
Pour qu'un électron passe d'une orbitale inférieure à une orbitale supérieure, quelque chose doit se produire.
augmenter son niveau d'énergie. Inversement, un électron libère de l'énergie lorsqu'il tombe d'un
d'une orbitale supérieure à une orbitale inférieure. Cette énergie est libérée sous forme de photon.
une chute d'énergie plus importante libère un photon d'énergie plus élevée, caractérisé par un
fréquence plus élevée. Comme nous l'avons vu dans la section précédente, les électrons libres se déplaçant à travers une diode
peuvent tomber dans des trous vides de la couche de type P. Cela implique une chute de la
bande de conduction vers une orbitale inférieure, de sorte que les électrons libèrent de l'énergie sous forme de
photons. Cela se produit dans n'importe quelle diode, mais vous ne pouvez voir les photons que lorsque la diode est
composés d'un certain matériau. Les atomes d'une diode au silicium standard, par exemple, sont
disposés de telle manière que l'électron tombe sur une distance relativement courte. En tant que
En conséquence, la fréquence du photon est si basse qu'elle est invisible à l'œil humain.
se situe dans la partie infrarouge du spectre lumineux. Ce n'est pas forcément une mauvaise chose,
bien sûr : les LED infrarouges sont idéales pour les télécommandes, entre autres.
Les diodes électroluminescentes visibles (VLED), telles que celles qui éclairent les chiffres dans un
horloge numérique, sont constituées de matériaux caractérisés par un écart plus large entre les
bande de conduction et les orbitales inférieures. La taille de l'intervalle détermine la fréquence
du photon – en d’autres termes, il détermine la couleur de la lumière.
Bien que toutes les diodes émettent de la lumière, la plupart ne le font pas très efficacement. Dans une lampe ordinaire,
diode, le matériau semi-conducteur lui-même finit par absorber une grande partie de l'énergie lumineuse.
Les LED sont spécialement conçues pour libérer un grand nombre de photons vers l’extérieur.
De plus, ils sont logés dans une ampoule en plastique qui concentre la lumière dans un
direction particulière. Comme vous pouvez le voir sur le schéma, la majeure partie de la lumière provenant de la diode
rebondit sur les côtés de l'ampoule et se propage à travers l'extrémité arrondie.
Les LED présentent plusieurs avantages par rapport aux lampes à incandescence classiques. Tout d'abord, elles
Elles ne contiennent pas de filament susceptible de griller, ce qui les rend beaucoup plus durables. De plus,
Leur petite ampoule en plastique les rend beaucoup plus durables. Ils s'intègrent également plus facilement dans
circuits électroniques modernes.
Mais le principal avantage est l'efficacité. Dans les ampoules à incandescence classiques, la lumière
le processus de production implique de générer beaucoup de chaleur (le filament doit être réchauffé).
C'est une énergie complètement gaspillée, à moins que vous n'utilisiez la lampe comme chauffage, car un
une grande partie de l’électricité disponible ne sert pas à produire de la lumière visible.
Les LED génèrent très peu de chaleur, relativement parlant. Un pourcentage beaucoup plus élevé
l'énergie électrique est directement utilisée pour générer de la lumière, ce qui réduit la
les besoins en électricité sont considérables.
Jusqu’à récemment, les LED étaient trop chères pour être utilisées dans la plupart des applications d’éclairage
car ils sont construits à partir de matériaux semi-conducteurs avancés. Le prix
dispositifs semi-conducteurs a chuté au cours de la dernière décennie, ce qui fait des LED une solution plus
une solution d'éclairage économique pour une grande variété de situations. Bien qu'ils puissent être plus
plus chères que les lampes à incandescence au départ, leur coût inférieur à long terme peut faire
un meilleur achat. À l'avenir, ils joueront un rôle encore plus important dans le monde de la
technologie.