Wenn die Energie von Photonen am unteren Ende des sichtbaren Spektrums (~720 nm) 1,72 eV beträgt, warum leuchtet dann eine rote LED bei nur 1,48 V?

Ich habe eine rote LED (623 nm Spitzenwellenlänge), die ich bei 1,48 V leuchten kann. Ich dachte, die Einschaltspannung sollte bestimmt werden H C / ( e λ ) , aber das würde 1,99 V für 623 nm ergeben. Selbst wenn das LED-Spektrum wirklich breit ist und ich nur das tiefste sichtbare Rot (~ 720 nm) sehe, sollte die erforderliche Spannung immer noch mindestens 1,72 V betragen.

Kommt die fehlende Energie aus Wärme? Es liegt "Thermospannung" vor ( k T / e ) , aber es sind nur 26 mV bei Raumtemperatur – eine Größenordnung kleiner als die Diskrepanz zwischen der Vorhersage und der Messung.

Wenn die Si-Bandlücke 1,1 eV beträgt, warum beginnen dann Si-Dioden bei etwa 0,7 eV zu leiten?
Es sieht so aus, als ob die Frage von @ Jon bereits auf der Website gestellt wurde: physical.stackexchange.com/questions/177910/… . Ich vermute, dass es zusammenhängt. Oh. Ich sehe, dass Jon den Älteren ausführlich beantwortet hat.
Danke, das ist auf jeden Fall relevant. Es scheint, dass ich einen Fehler mache, dieses Problem analog zum photoelektrischen Effekt zu behandeln. Ich sollte die Diodenleitung eher als einen statistischen Prozess betrachten. Allerdings bleibt die Frage nach der Quelle der "fehlenden" Photonenenergie. Kommt es zum Beispiel von irreversiblen Veränderungen in der Struktur des Diodenübergangs oder ist es nur gespeicherte Wärme?
Überlegen Sie, wo die Fermi-Niveaus im Vergleich zu den tatsächlichen Bandkanten liegen. Die Rekombination eines Elektron-Loch-Paares ergibt die volle Bandlückenenergie, da sie von dort stammen. Aber das eingebaute Potential (das Sie überwinden müssen, damit Elektronen Löcher treffen) ist (mehr oder weniger) der Unterschied in den Fermi-Niveaus in der N Und P Regionen.

Antworten (1)

Es ist nichts Ungewöhnliches, einen Durchlassspannungsabfall von weniger als zu haben E G A P / e . Gemäß der Shockley-Gleichung der Diode jede Spannungsvorspannung v D > 0 ist in der Lage, eine Vorwärtsleitung in der Diode zu induzieren:

ICH ( v D ) = ICH 0 ( e e v D / k T − 1 ) ,

und solange ein gewisser Strom durch die LED fließt, ist eine Lichtemission möglich, wenn auch möglicherweise schwach.

Allerdings ist aus Sicht der Energieerhaltung jedes Photon Energie E G A P wird auf Kosten eines injizierten Energieelektrons erzeugt e v D . Bei niedriger Stromeinspeisung E G A P > e v D , muss die fehlende Energie aus Wärme kommen. Es ist ähnlich wie beim Verdampfen einer Flüssigkeit: Nur die wenigen Elektronen, die zufällig genug Energie haben, um das eingebaute Potential zu überwinden, rekombinieren, entziehen dabei aber Wärmeenergie.

Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass die LED abkühlt. Die meisten Elektronen rekombinieren strahlungslos und emittieren Wärme anstelle von Licht. Es gibt auch eine Joulesche Erwärmung aufgrund des Stromflusses. Unter einigen besonderen Bedingungen wurde jedoch tatsächlich eine Abkühlung des Geräts beobachtet .

Wenn die Energie von Photonen am unteren Ende des sichtbaren Spektrums (~720 nm) 1,72 eV beträgt, warum leuchtet dann eine rote LED bei nur 1,48 V?
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