Как получают светодиоды?
Светодиод он же LED, это сложное полупроводниковое устройство с высоким КПД. Светодиод теряет всего 4 % энергии которая преобразуется в тепло, а остальные 96 % преобразуется в свет.
К сравнению, лампа накаливания имеет вольфрамовую нить, нагреваясь до 2000 градусов она начинает излучать свет. При этом, 96 % энергии тратится на нагрев нити.
И так светодиод с нуля.
Основой светодиода является полупроводник, особый материал который при определенных условиях пропускает ток. Основа для изготовления полупроводников в светодиодах, является синтетическая сапфировая подложка, которую выращивают в лаборатории.
Подложку размещают в камере реакторе, после чего в течение 6 часов при температуре 1000 градусов на ней выращивают сложную полупроводниковую гетероструктуру, состоящую из нитридов галлия, индия и алюминия.
Атомы этих металлов, помещены в специальных металлических контейнерах расположенных в емкостях с жидкостью, для поддержания определенной температуры. От них по трубкам, через форсунки попадают в камеру реактор.
Атомы из емкостей поступают к форсункам расположенным внутри камеры реактора.
Открывая в определенном порядке форсунки, металла органические соединения оседают на подложке.
Химические процессы.
Нитриды осаждаются слоями в 1 нано метр, в результате химической реакции между аммиаком и парами металла органических соединений.
Внедрением примесей кремния и магния получают в нитридах необходимые N и P типы проводимости. После завершения процесса подложку извлекают из камеры и проверяют на электро проводимость.
Что за внутренний процесс, откуда свет?
Все материалы состоят из атомов и летающих вокруг них электронов, в некоторых веществах внешние электроны, слабо связанны с ядром своего атома. Тем самым они способны покинуть его, став свободными электронами, в физике их обозначают буквой ( n ), именно они и переносят на себе электрический заряд. Чем больше у вещества свободных электронов, тем выше его электро проводимость. На месте где располагался электрон образуется сгусток электромагнитного поля, в физике обозначается буквой ( p ), его называют дыркой.
После обработки в камере реакторе, у сапфира появляется много свободных электронов. Пропуская ток через подложку, свободные электроны ( n ), начинают двигаться на встречу дыркам ( p ). Проходя через дырку, электрон выбрасывает фотон света который мы видим.
Идем дальше.
После успешного завершения проверки, светодиодную подложку направляют на дальнейшую обработку. При помощи травления химическими составами или лазером, светодиодным кристаллам задают необходимые формы и размеры. В зависимости от мощности будущего светодиода определяются его параметры и габариты.
Как только подложка обретает свою микро архитектуру, то ее вновь отправляют на тестирование только уже каждого микро чипа в отдельности. Процесс проверки 6000 тысяч кристаллических чипов, занимает 3 часа, при диаметре основной подложки 15 см.
Прошедшие проверку светодиодные чипы, загружают в станок который автоматически наносит контактные группы и извлекает чипы, размещая их в пластиковые или керамические корпуса. Проделать это в ручном режиме не возможно, имея даже микроскоп.
Последний штрих.
После размещения чипов, другой аппарат заливает чип светодиода спец составом из геля и люминофора. Этот состав защищает чип от внешних вредоносных факторов, а люминофор придает светодиодному чипу необходимый оттенок. В основном это теплый белый свет. Все кристаллы изначально светятся синим светом. Для получения другого свечения, в гетероструктуру светодиодного чипа, вносят примеси других атомов металла. В качестве заливки используют прозрачный силиконовый гель.
Светодиодный чип готов для монтажа в любой светодиодный прибор или устройство. Монтаж также выполняется автоматизированной машиной. Но и в ручную их монтировать уже вполне возможно, необходимо знать параметры пайки и располагать хорошим инструментом.
