خلاصہ
2014 میں ، اسامو اکاساکی ، ہیروشی امانو ، اور شجی نکمورا کو طبیعیات میں نوبل انعام سے نیلی روشنی سے خارج ہونے والے موثر ڈایڈس کی تشکیل کے لئے نوبل انعام دیا گیا ، جس نے روشن اور توانائی سے موثر سفید روشنی کے ذرائع کی نشوونما میں مدد کی۔ حالیہ برسوں میں ،ہلکی خارج ہونے والی ڈایڈس (ایل ای ڈی) گھریلو روشنی کے شعبے اور دیگر بڑے پیمانے پر مارکیٹوں میں تیزی سے داخل ہو گیا ہے۔ اس مضمون میں ایل ای ڈی کی طبیعیات کا ایک جائزہ پیش کرنے کی کوشش کی گئی ہے ، جو اہم پیشرفتیں 2014 کے نوبل انعام میں اختتام پذیر ہوئی ہیں ، اور توانائی کے تحفظ کے امکانات جو ایل ای ڈی کی سہولت فراہم کرسکتے ہیں۔
1. تعارف
ہلکی خارج ہونے والی ڈایڈس (ایل ای ڈی) کئی دہائیوں سے روزمرہ کی زندگی کے لئے لازمی طور پر رہا ہے ، جس کا آغاز 1960 کی دہائی میں اشارے کے لیمپ اور اورکت ریموٹ کنٹرول سے ہوتا ہے۔ تاہم ، طبیعیات میں نوبل انعام 2014 میں خاص طور پر بلیو ایل ای ڈی کے لئے عطا کیا گیا تھا ، جس نے بالآخر سفید روشنی کی تیاری کو قابل بنایا۔ اس مضمون کا مقصد بنیادی ایل ای ڈی طبیعیات کو واضح کرنا ہے تاکہ ان کی صلاحیت کو اعلی روشنی کے امیٹر کی حیثیت سے ظاہر کیا جاسکے ، خاص طور پر لائٹنگ ایپلی کیشنز کے لئے۔ یہ ان ایجادات کی ایک مختصر تاریخ بھی فراہم کرے گی جس نے جدید ایل ای ڈی میں حصہ لیا اور اکاساکی ، امانو اور نکمورا کو دیئے گئے طبیعیات میں 2014 کے نوبل انعام کے پیچھے عقلیت کی وضاحت کی۔ آخر کار ، میں جانچ کروں گا کہ آیا عصری ایل ای ڈی کے نتیجے میں توانائی کے تحفظ کا حقیقی طور پر نتیجہ برآمد ہوتا ہے ، اور زیادہ عملی طور پر ، اگر انفرادی صارفین کے لئے خریداری کرنا معاشی طور پر سمجھدار ہے۔ایل ای ڈی بلبگھر کی روشنی کے ل.
2. سیمیکمڈکٹر ایل ای ڈی کس طرح کام کرتا ہے؟
یہ سیکشن الیکٹروولومینیسینس کی تاریخ کا ایک مختصر جائزہ فراہم کرے گا ، جس میں غیر نامیاتی سیمیکمڈکٹرز کے الیکٹروولومینیسیسیس پر توجہ دی جائے گی ، اس کے بعد عصری ایل ای ڈی کے زیر اثر طبیعیات کی تفصیل ہوگی۔ الیکٹرولومینیسینس ایک ایسا رجحان ہے جس میں جب بجلی کا موجودہ مادہ سے گزرتا ہے تو روشنی خارج ہوتی ہے۔ یہ دعوی کیا جاسکتا ہے کہ تاپدیپت بلب ("ایڈیسن" بلب) الیکٹروومینسینٹ ہیں۔ تاہم ، اس منظر نامے میں ، موجودہ بہاؤ مواد کو گرم کرتا ہے ، اور ہلکے اخراج کے نتائج مکمل طور پر تنت کے بلند درجہ حرارت سے ہوتے ہیں۔ اس طرح ، جب موجودہ بہاؤ روشنی کے اخراج کے طریقہ کار کو براہ راست سہولت فراہم کرتا ہے تو الیکٹرولومینیسینس کا حوالہ دینا زیادہ درست ہے۔ الیکٹرولومینیسینس کی ابتدائی دستاویزات 1907 میں ایچ جے راؤنڈ کے ذریعہ ہوئی ، جسے مارکونی کمپنی نے ملازمت دی تھی۔ اس نے سلیکن کاربائڈ نمونہ (جس کو کاربورنڈم کہا جاتا ہے) کا تعصب کیا اور الیکٹروڈ پلیسمنٹ اور وولٹیج کے مطابق مختلف رنگوں کی روشنی کا مشاہدہ کیا۔ اس وقت اس نے اس رجحان کو نہیں سمجھا۔ دو دہائیوں کے بعد ، نزنی نوگوروڈ ریڈیو لیبارٹری کے ایک نوجوان روسی ٹیکنیشن اولیگ لوسٹیو نے سلیکن کاربائڈ لائٹ ایمٹنگ ڈایڈس کے تجرباتی مشاہدے اور فہم میں نمایاں پیشرفت حاصل کی۔ خاص طور پر ، اس نے 1929 میں اس کے بعد کے دعوے پر محیط ایک پیٹنٹ پیش کیا: "مجوزہ ایجاد کاربورنڈم کے پتہ لگانے والے میں لیمینسیسیس کے قائم کردہ رجحان کو ملازمت دیتی ہے اور اس طرح کے ڈٹیکٹر کے استعمال کو ایک آپٹیکل ریلے کے لئے استعمال کرتی ہے تاکہ تیز رفتار ٹیلی گرافک اور ٹیلی گرافک اور ٹیلیفون مواصلات ، امیج ٹرانسمیشن ، اور دیگر ایپلی کیشنز کی سہولت فراہم کی جاسکے ، جس میں ایک الیون گرافک اور دیگر درخواستوں کو سہولیات فراہم کیا جاسکے ، جس میں ایک آپٹیکل ریلے میں ، جس میں تیز رفتار ٹیلی گرافک اور ٹیلیفون مواصلات ، امیج ٹرانسمیشن ، اور دیگر درخواستوں کو آسان بنایا جاسکتا ہے۔ موجودہ سرکٹ۔ " یہ واقعی قابل ذکر ہے: ایک 26- سال پرانے کارکن نے طبیعیات میں محدود رسمی تعلیم کے ساتھ 1929 میں سیمیکمڈکٹر لائٹ ماخذ کی برقی ماڈلن کا استعمال کرتے ہوئے اعداد و شمار کی اعلی شرح کی منتقلی کو پیٹنٹ کیا۔ تاہم ، لوسو کی جدید اشاعتیں اور پیٹنٹ کئی دہائیوں تک بڑی حد تک غیر واضح رہے۔ 1940 کی دہائی میں ، سیمیکمڈکٹرز کے بہتر فہم اور کنٹرول کے نتیجے میں پہلا پی - این جنکشن کی تشکیل ہوئی ، اس کے بعد پہلے ٹرانجسٹر کی ایجاد ہوئی۔ ابتدائی ایل ای ڈی اچھی طرح سے تیار کردہ P-I-N جنکشن کا استعمال کرتے ہوئے اس کے نتیجے میں من گھڑت اور بڑھایا جاسکتا ہے۔
ایک سیمیکمڈکٹر ایک مادہ ہے جس کی چالکتا کو ڈوپینٹس کے نام سے جانا جاتا نجاست کے تعارف سے تبدیل کیا جاسکتا ہے۔ غیر نامیاتی سیمیکمڈکٹرز کرسٹل مادے ہیں جیسے سلیکن (ایس آئی) ، گیلیم آرسنائڈ (جی اے اے) ، انڈیم فاسفائڈ (آئی این پی) ، اور گیلیم نائٹریڈ (جی اے این) ، جو الیکٹرانوں کے لئے توانائی کے بینڈوں کی خصوصیات ہیں۔ اوپری مقبوضہ انرجی بینڈ کو والنس بینڈ کہا جاتا ہے ، جو ایک غیر مقررہ سیمیکمڈکٹر میں الیکٹرانوں سے بھرا ہوا ہے ، لیکن اس کے بعد کا ہائیر انرجی بینڈ ، جسے کنڈکشن بینڈ کے نام سے جانا جاتا ہے ، ایک نہ ختم ہونے والے سیمیکمڈکٹر میں مکمل طور پر خالی رہتا ہے۔ ترسیل بینڈ کے کم سے کم اور والینس بینڈ کے سب سے زیادہ کے درمیان توانائی کی تفاوت کو سیمیکمڈکٹر کے بینڈ گیپ کے طور پر جانا جاتا ہے۔ سیمیکمڈکٹر میں روشنی کے اخراج کا عمل سیدھا ہے: جب ایک الیکٹران کنڈکشن بینڈ پر قبضہ کرتا ہے اور والینس بینڈ (ایک سوراخ کے نام سے) ایک خالی جگہ موجود ہوتی ہے تو ، کنڈکشن-بینڈ الیکٹران ، والنس بینڈ میں خالی حالت پر قبضہ کرنے کے لئے منتقلی کرسکتا ہے ، جس سے توانائی کے فرق (بینڈ گیپ) کو خارج کرنے والے فوٹوون (تصویر 1) کے طور پر جاری کیا جاسکتا ہے۔ الیکٹران اور ہول ریکومبائن ، جس کے نتیجے میں فوٹوون کا اخراج ہوتا ہے۔ یہ عمل سیمیکمڈکٹرز کی اکثریت میں پایا جاتا ہے ، جس میں قابل ذکر مستثنیات ہیں جن کو بالواسطہ سیمیکمڈکٹرز ، جیسے سلیکن یا جرمینیم کے نام سے جانا جاتا ہے ، جہاں فوٹوون کے اخراج کی براہ راست اجازت نہیں ہے ، جس کے نتیجے میں نمایاں نا اہلی ہوتی ہے۔ سیمیکمڈکٹر ایل ای ڈی کو تیار کرنے کے ل it ، یہ ضروری ہے کہ بیک وقت الیکٹرانوں کو کنڈکشن بینڈ میں اور مواد کے اندر والنس بینڈ میں سوراخوں کی پوزیشن حاصل کی جائے۔ یہ وہ جگہ ہے جہاں ڈوپنگ اہمیت کا حامل ہے۔ الیکٹرانک تحریک کے لئے دستیاب ریاستوں کی عدم موجودگی کی وجہ سے والنس بینڈ میں الیکٹران متحرک رہتے ہیں۔ اس کے باوجود ، سیمیکمڈکٹرز کو دو الگ الگ آداب میں ڈوپ کیا جاسکتا ہے۔ جب نجاستوں کو ایک اضافی الیکٹران فی ایٹم کے ساتھ کرسٹل میں شامل کیا جاتا ہے تو ، یہ اضافی الیکٹران کنڈکشن بینڈ میں منتقلی کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر ، GAAS کرسٹل میں ایس آئی ایٹموں کے ساتھ کچھ GA جوہریوں کو تبدیل کرنا N-قسم ڈوپنگ کے نتیجے میں ہوتا ہے ، جس کی خصوصیات کنڈکشن بینڈ میں الیکٹرانوں کی موجودگی کی ہوتی ہے۔ اس کے برعکس ، کسی الیکٹران سے مبرا نجاستوں کو متعارف کرایا جاسکتا ہے ، جس کے نتیجے میں پی قسم کی ڈوپنگ ہوتی ہے ، جس کی خصوصیت والنس بینڈ میں سوراخوں کے وجود کی ہوتی ہے۔ ایک اہم پہلو یہ ہے کہ ڈوپینٹ کرسٹل ڈھانچے کے اندر اقلیتی ایٹم تشکیل دیتے ہیں: دس لاکھ معیاری جوہریوں میں ایک واحد ڈوپنگ ایٹم بجلی کی چالکتا کو نمایاں طور پر بڑھا سکتا ہے۔ سیمیکمڈکٹرز کی برقی خصوصیات کو اپنی مرضی کے مطابق بنانے کے لئے ڈوپنگ لیول میں مہارت حاصل کرنا ضروری ہے۔ یہ مہارت ، جو 1940 اور 1950 کی دہائی میں شروع ہوئی تھی ، نے مائیکرو الیکٹرانکس اور اوپٹو الیکٹرانکس میں انقلابات کو روک دیا۔ سیمیکمڈکٹر سے ہلکے اخراج کے لئے بنیادی ترتیب میں این ٹائپ (کنڈکشن بینڈ میں الیکٹرانوں کے ساتھ) اور پی ٹائپ (سوراخوں کے ساتھ ، یا الیکٹرانوں کی عدم موجودگی ، والنس بینڈ میں) شامل ہے۔ جب بجلی کے تعصب ، الیکٹران اور سوراخوں کا نشانہ بنایا جاتا ہے ، جو سمتوں کی مخالفت کرتے ہیں جہاں والنس بینڈ میں بائیں طرف چلنے والا سوراخ PN جنکشن پر دائیں طرف چلنے والے الیکٹران-کنورج کے مساوی ہوتا ہے ، جس کے نتیجے میں فوٹونز کا اخراج ہوتا ہے (تصویر 2)۔ ریسرچ کمیونٹی کی طرف سے فہم کے بعد ، مطلوبہ اقدام واضح ہوگیا: اعلی معیار کے کرسٹل کی ترکیب کرنے کی صلاحیت جس میں قطعی طور پر کنٹرول شدہ پی قسم اور این ٹائپ ڈوپنگ کے ساتھ ہے۔ افتتاحی GAAs اورکت ایل ای ڈی کی نمائش 1962 میں کی گئی ، اس کے بعد دیگر ٹیموں کے ذریعہ تیار کردہ ابتدائی مرئی ایل ای ڈی کے ذریعہ کامیاب ہوا۔ جنرل الیکٹرک کے ایک محقق این ہولونک نے GAASP مصر کی وکالت کی ، جس سے وہ افتتاحی مرئی سیمیکمڈکٹر ڈایڈڈ لیزر کو ظاہر کرنے کے قابل بناتا ہے۔ این ہولیونک کو تسلیم کرنا ضروری ہے ، جو دوسروں کے درمیان ، سیمیکمڈکٹر لائٹ ایمیٹرز کی تفہیم اور کنٹرول کو نمایاں طور پر آگے بڑھایا ہے۔ 1963 میں ، نِک ہولیونک نے ریڈر ڈائجسٹ میں پیش گوئی کی کہ سیمیکمڈکٹر ایل ای ڈی بالآخر روشنی کے استعمال کے لئے ابتدائی سیمیکمڈکٹر ایل ای ڈی کے باوجود تمام لائٹ بلب کو عام طور پر روشنی کے بلب کی حمایت کرے گا اور کمتر مادی معیار کی وجہ سے صرف ایک فیصد کے مختلف حصوں کی افادیت کی نمائش کر رہا ہے۔ اس پیش گوئی کو پیدا کرنے کے لئے اس نے کس معیار کو استعمال کیا؟ ہولیونک نے تسلیم کیا کہ تاپدیپت لائٹ بلب سیاہ باڈی ایمیٹرز کی طرح ہی کام کرتے ہیں ، جس سے فلیمنٹ درجہ حرارت سے وابستہ ایک ورنکرم منحنی خطوط پیدا ہوتا ہے۔ جیسے جیسے درجہ حرارت میں اضافہ ہوتا ہے ، اخراج سپیکٹرم چھوٹی طول موج کی طرف بڑھ جاتا ہے۔ سب سے موثر تاپدیپت بلب زیادہ تر اورکت روشنی کا اخراج کرتے ہیں ، جو روشنی کے لئے غیر موثر ہے اور اس کے بجائے گرمی کے ذریعہ کے طور پر کام کرتا ہے۔ بجلی کی طاقت کو مرئی آپٹیکل پاور میں تبدیل کرنا فطری طور پر تقریبا 5 ٪ پر مجبور ہے۔ سیمیکمڈکٹر ایل ای ڈی میں ، طبیعیات نمایاں طور پر ہٹ جاتی ہیں: بجلی کے تقریبا 100 100 ٪ بجلی کو آپٹیکل پاور میں تبدیل کیا جاسکتا ہے ، جس میں اچھی طرح سے باقاعدہ اخراج کی طول موج (خاص طور پر ، بینڈ گیپ توانائی کا تعین کرتا ہے اور اس کے نتیجے میں خارج شدہ فوٹوون کی طول موج)۔ کوئی ایل ای ڈی سے لیس ایک آلے کا تصور کرسکتا ہے جو کئی نظر آنے والی طول موج پر خارج ہوتا ہے ، ہر ایک اعلی (ترجیحی اتحاد) تبادلوں کی کارکردگی کی نمائش کرتا ہے ، لہذا تھرمل نقصانات کے بغیر دکھائی دینے والی سفید روشنی (یا مرئی رنگوں کا کوئی منتخب مجموعہ) کے اخراج کی اجازت دیتا ہے (تصویر 3)۔ یہ نظریہ میں ، فنکشن ہونا چاہئے۔ واحد چیلنج کچھ طول موج پر انتہائی موثر ایل ای ڈی تیار کرنے کے لئے درکار تکنیکی پختگی کو حاصل کرنے میں ہے۔ اس کوشش نے بعد کی دہائیوں کے لئے سیمیکمڈکٹر محققین پر قبضہ کیا اور بالآخر اس کا نتیجہ نکلا2014 نوبل انعام۔
شینزین بینوی لائٹنگ ٹکنالوجی کمپنی ، لمیٹڈ کا قیام 2010 میں قائم کیا گیا تھا۔ یہ ایک قومی ہائی ٹیک انٹرپرائز انٹیگریٹنگ ڈیزائن ، آر اینڈ ڈی ، انڈور اور آؤٹ ڈور لائٹنگ مصنوعات کی پیداوار اور فروخت ہے اور OEM ، ODM بھی کرسکتا ہے۔ ہماری پیش کشوں کے بارے میں مزید تفصیلات کے لئے ، براہ کرم ہم سے رابطہ کریں۔bwzm18@ledbenweilighting.com
