Роль отрицательных ионов в светодиодах

В светодиодах в качестве основы используется полупроводниковый кристалл с поверхностью в индексах Миллера (111), формируемый двухатомными молекулами арсенида галлия или фосфида индия объемными кластерами. Внутри них возникает структура из положительно заряженных ионов атомов галлия и мышьяка в арсениде галлия и обменного взаимодействия между положительно заряженными ионами атомов индия и фосфора в фосфиде индия. Положительно заряженный остов компенсируется облаком электронов. В светодиодах возникает электрический ток проводимости и смещения. Поверхность кристалла покрыта монослоем двухатомных молекул с образованием пустот квадратной формы, в которых могут разместиться одиночные примеси (до четырех разных атомов) с образованием отрицательных ионов. В качестве катода используется кристалл арсенида галлия или фосфида индия с примесью, а в качестве анода – алюминий. Ионизация отрицательных ионов разных примесей происходит под воздействием температуры и приложенного внешнего электрического поля. После ионизации возникают свободные электроны, которые в столбообразной пустоте формируют электрический ток проводимости, определяющий мощность светоизлучения. Размер светоизлучающей поверхности светодиода ~10´10 нм. В зоне контакта анода и катода происходит частичное рассеяние электронного потока электрического тока проводимости, что заметно уменьшает мощность светоизлучения. Оно обусловлено энергетическим переходом свободного электрона с верхнего энергетического уровня на нижележащий уровень по схеме, как это происходит в атомах. Вольт-амперные характеристики для светодиодов определяются путем измерения электрического тока смещения во внешней цепи и напряжения на источнике тока. Эти данные не позволяют анализировать работу светодиода, так как светодиод работает на токе проводимости, который возникает внутри него. Какую долю он составляет от общего тока смещения, измеряемого во внешней цепи, трудно определить. В результате теоретического расчета оптимальный электрический ток проводимости в светодиоде не должен превышать 10 мA, а напряжение питания составляет от 1,3 до 3,5 В. Питание светодиода осуществляется только через балластное сопротивление с применением широтно-импульсной модуляции.

1. Грибковский, В. П. Полупроводниковые лазеры / В. П. Грибковский. Минск: Университетское, 1988. 304 с.

2. Гладков, Л. Л. Физические основы электроники / Л. Л. Гладков, И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич. Минск: Белорусская государственная академия связи, 2017. 227 с.

3. Gretchikhin, L. Negative Ions of Atoms, Diatomic and Triatomic Molecules // Military Technical Courier / L. Gretchikhin, V. Komarovskaya // Vojnotehnicki glasnik. 2016. Vol. 64, No 2. P. 447–464. https://doi.org/10.5937/vojtehg64-9685

4. Gretchikhin, L. I. Formation of p–n-Сonductivity in Semiconductors / L. Gretchikhin // Vojnotehnicki Glasnik. 2018. Vol. 66, No 3. P. 304–321. https://doi.org/10.5937/vojtehg6615935

5. Гречихин, Л. И. Формирование р-, n-проводимости и p–n перехода / Л. И. Гречихин // Упрочняющие технологии и покрытия. 2018. Т. 14, № 5. С. 231–238.

6. Гречихин, Л. И. Вольт-амперные характеристики выпрямительных диодов металлполупроводник. Ч. 1: Формирование токов проводимости и токов смещения на p-n переходе / Л. И. Гречихин // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2025. Т. 68, № 3. С. 209–229. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2025-68-3-209-229

7. Гречихин, Л. И. Вольт-амперные характеристики выпрямительных диодов металлполупроводник. Ч. 2: Вольт-амперные характеристики диодов металл–полупроводник / Л. И. Гречихин // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2025. Т. 68, № 4. С. 291–310. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2025-68-4-291-310

8. Гречихин, Л. И. Теория биполярного транзистора с учетом строения твердого тела и наличия отрицательных ионов. Ч. 1: Строение полупроводникового твердого тела, легированного мышьяком и индием / Л. И. Гречихин. // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2025. Т. 68, № 6. С. 491–503. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2025-68-6-491-503

9. Гречихин, Л. И. Теория биполярного транзистора с учетом строения твердого тела и наличия отрицательных ионов. Ч. 2: Формирование электрического тока смещения и вольт-амперной характеристики в биполярном транзисторе / Л. И. Гречихин // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2026. Т. 69, № 1. С. 34–49. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2026-69-1-34-49

10. Gretchihin, L. I. Formation of Emission in Diode Lasers with Evaporation of Various Impurities on the Main Semiconductor Crystal Having Affinity to Electron / L. I. Gretchihin // Aeronautics and Aerospace Open Access Journal. 2023. Vol. 7, No 1. P. 36–45. https://doi.org/10.15406/aaoaj.2023.07.00168

11. Гречихин, Л. И. Толстостенное покрытие в диоде Ганна для измерения мощности электромагнитного излучения СВЧ-диапазона / Л. И. Гречихин, Д. Ю. Олейник // Упрочняющие технологии и покрытия. 2023. № 8. С. 339–348. https://doi.org/10.36652/1813-1336-2023-19-8-339-348

12. van Houselt, A. Colloquium: Time-Resolved Scanning Tunneling Microscopy / A. van Houselt, H. J. W. Zandvliet // Reviews of Modern Physics. 2010. Vol. 82, No 2. P. 1593–1605. https://doi.org/10.1103/revmodphys.82.1593

13. Шмермбекк, Ю. Исследования поверхностного слоя кремния с напылением индия / Ю. Шмермбекк, Л. И. Гречихин. Берлин: Lambert. Akademic Publishing, 2015. 80 с.

14. Гречихин, Л. И. Физика наночастиц и нанотехнологий: общие основы, механические, тепловые и эмиссионные свойства / Л. И. Гречихин. Минск: Технопринт, 2004. 399 с.

15. Гречихин, Л. И. Наночастицы и нанотехнологии / Л. И. Гречихин. Минск: Право и экономика, 2008. 405 с.

16. Месяц, Г. А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга / Г. А. Месяц. М.: Наука, 2000. 424 с.

17. Гречихин, Л. И. Взаимодействие напыляемых частиц с поверхностью твердого тела / Л. И. Гречихин, Ю. Шмермбекк // Авиационный вестник. 2021. № 5. С. 21–28.

18. Гречихин, Л. И. Методы введения примесей в металлы и полупроводниковые структуры для получения pи n-проводимости / Л. И. Гречихин // Авиационный вестник. 2025. № 12. С. 6–16.

19. Гречихин, Л. И. Физика: электричество и магнетизм / Л. И. Гречихин. 2-е изд., доп. М.: Воениздат, 1980. 182 с.