¿Dónde usa energía un LED además de emitir luz?

Tengo una fórmula cuántica que describe qué tipo de fotón debe emitir un LED según su voltaje. Por supuesto, el color depende del material, pero cada tipo de LED también necesita su voltaje específico.

Mi fórmula usa 2.5V como ejemplo y me dice que un LED que funcione con 2.5V debería emitir fotones con una longitud de onda de aproximadamente 470nm, que es azul.

λ = C F = C h mi = C h mi tu = 3 × 10 8 metro s ⋅ 6.626 × 10 − 34 j s 1.602 × 10 − 19 C ⋅ 2.5 V ≈ 469 norte metro

Pero en realidad, los LED azules necesitan alrededor de 3,0 V - 3,5 V, ¡mientras que 2,5 V son suficientes para los LED verdes!

¿Por qué la ecuación no se ajusta a la realidad y adónde va mi energía adicional de aproximadamente 0,5 eV por fotón? ¿Se convierte en energía térmica (¿por qué y cómo?) o qué sucede con ella?

Sospecho que está viendo la caída de voltaje directa habitual de una unión pn: tal vez con corriente cero su cálculo sería válido pero con suficiente corriente para ver la luz, el voltaje debe ser mayor. Consulte, por ejemplo, la figura 4 en este documento : hay un voltaje directo adicional que es una función de la corriente.
Permítanme registrar mis pensamientos del chat aquí: no creo que este sea un tema porque es una pregunta sobre el funcionamiento interno de un dispositivo electrónico (un LED). Manejamos algunas preguntas sobre circuitos simples (resistencias, capacitores e inductores) en la medida en que las preguntas se refieren a la física del flujo de corriente eléctrica, pero no a los diodos. (Aunque teniendo en cuenta que tenemos una etiqueta para ellos, tal vez no esté tan claro...) Creo que la primera parte de esto, sobre la ecuación, podría estar en el tema si se puede divorciar de los LED.
@DavidZ: ese es un corte muy extraño. La física de los diodos es un gran tema, al igual que la energía de los electrones en un dispositivo de estado sólido (diablos, la "física del estado sólido" es un campo completo en sí mismo). No puedo entender que consideres esto fuera de tema. "Cuánta energía necesita un electrón para generar la emisión de fotones en una unión de estado sólido, y por qué es más que la energía necesaria para crear el fotón" tiene mucho que ver con la física.
Acabo de recibir un hermoso proyecto de física para estudiantes de primer año que usa exactamente esta física (voltaje de corte de LED frente a longitud de onda emitida) para medir la constante de Planck. Esta es sólidamente una pregunta de física a pesar de que tiene aplicaciones de ingeniería. Es sobre el tema y no debería haber sido cerrado.
@Floris si se tratara de una pregunta de física del estado sólido, esperaría ver alguna mención de los materiales involucrados, ya que la física del estado sólido tiene que ver con las propiedades de los materiales, ¿no es así? Mi opinión es que esto entra en la categoría de cómo funciona algún dispositivo, y ese tipo de preguntas que considero fuera de tema en general (excepto para experimentos de física avanzada). Además, estaba (quizás mal) recordando esta meta publicación .
@rob: ahora que la pregunta se ha vuelto a abrir, ¿puedes publicar una respuesta? Parece que su "proyecto encantador" podría darle la información que necesita...
Hay un capítulo muy útil sobre la física de las uniones LED disponible aquí . No tengo tiempo para resumirlo ahora, pero brinda muchos detalles de las partes interesantes de la física en juego.
@DavidZ, de acuerdo con su respuesta en la metapregunta que vinculó, "Las preguntas sobre cómo funcionan esos componentes [diodos y transistores] a nivel subatómico están en el tema aquí en PSE". Eso parece poner esta pregunta directamente en el tema.

Respuestas (1)

Lo que su fórmula realmente pretende dar es la longitud de onda de emisión en función de la banda prohibida del material:

λ ≈ 1240 mi V norte metro mi gramo a pag .

En su ejemplo, cuando los portadores se recombinan en un semiconductor con una banda prohibida de 2,5 eV, se emitirán fotones con una longitud de onda de 496 nm (azul-verde).

La caída hacia adelante de un LED cuyo material de región activa tiene una banda prohibida de 2,5 eV suele ser significativamente mayor que 2,5 V. Esto significa que la energía que se le da a cualquier electrón inyectado en la región activa es mayor que la energía del fotón que obtienes. a cambio. Como resultado, está calentando el dispositivo.

Esto sucede cuando hay una resistencia en serie significativa. Solo con contactos ideales y regiones p y n con resistividad cero, la caída directa de un LED puede ser igual a mi gramo a pag / mi , de modo que no se provoque ningún calentamiento.

Al conducir el LED con corrientes muy pequeñas, cuando la caída de voltaje es menor que mi gramo a pag / mi , es teóricamente incluso posible enfriar el dispositivo. Es muy difícil poner un dispositivo real en estas condiciones: mientras la emisión de fotones lo está enfriando, la pequeña corriente todavía lo está calentando, pero se ha probado experimentalmente .

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