Mal ne grundsätzliche frage zu LEDs

Hallo,
da ich ebenfalls neu bin dachte ich mir, ich schreibe meine Fragen am Besten auch gleich hier rein.

1. Es gibt ja diese diversen Bezeichnungen wie "Standard", "Superbright", "ultrabright" usw.. Allerdings gibt es ja scheinbar Standard-LED, die eine höhere Lichtstärke als z.B. manche superbright-LED haben. Deshalb wollte ich wissen, was diese Begriffe dann letztendlich wirklich über die LED/deren Licht aussagen?

2. Was genau ist ein "Substrat" und in welchen LED wird das verwendet (oder in allen?)

Danke schonmal im Vorraus :wink:

Hallo Newbie,

1) Die Bezeichnungen "Standart", "Superbright" und "Ultrabright" sind nicht genormt bzw. unterliegen keinen festgelegten Richtlinien. Es handelt sich dabei um subjektive Attribute wie zum beipsiel "hell" und "dunkel", jeder empfindet das halt etwas anders ...

2) Substrat = Wafer

Als Wafer wird in der Halbleiterindustrie die kreisrunde, wenige 100 µm dicke Scheibe bezeichnet, auf der elektronische Bauelemente, vor allem integrierte Schaltkreise (Abk: IC) durch verschiedene technische Verfahren hergestellt werden.

Diese Scheibe besteht in den meisten Fällen aus monokristallinem Silizium, es werden aber auch andere Materialien wie Siliziumcarbid, Gallium-Arsenid und Indium-Phosphid verwendet. In der Mikrosystemtechnik werden auch Glaswafer mit einer Dicke im 1-mm-Bereich verwendet.

Die Scheiben werden in verschiedenen Durchmessern gefertigt. Die zur Zeit hauptsächlich verwendeten Waferdurchmesser unterscheiden sich je nach Halbleiterwerkstoff und vorgesehenem Verwendungszweck (Silizium: 150 mm, 200 mm und 300 mm; Gallium-Arsenid: 2 Zoll, 3 Zoll, 100 mm, 125 mm, 150 mm). Je größer der Wafer, desto mehr integrierte Schaltkreise (auch Chips genannt) können darauf untergebracht werden. Da bei größeren Wafern der geometrische Verschnitt kleiner wird, können die ICs kostengünstiger produziert werden.

Für die meisten Anwendungen müssen die Oberflächen der Wafer optisch spiegelnd poliert sein. Hinsichtlich der Ebenheit der Wafer, der Perfektion der Politur und der Reinheit der Oberfläche gelten extreme Forderungen. So sind beispielsweise nur Unebenheiten von wenigen nm über die gesamte Waferfläche zulässig. Die Untersuchung der Oberfläche erfolgt z. B. mittels XPS.

Hergestellt werden die monokristallinen oder teilweise polykristallinen Scheiben nach verschiedenen Verfahren:

Zonenschmelzverfahren
Czochralski-Verfahren (Ziehen aus der Schmelze, Liquid Encapsulated Czochralski, LEC)
Bridgman-Stockbarger-Verfahren
Vertical Gradient Freeze (VGF)

Wunderbar, danke schonmal

Sind eigentlich auch solche III/V Verbindungen wie Galliumarsenid dotiert? Ich weiß nur, dass man z.B. Silizium (das ja in der IV Hauptgruppe steht) mit Elementen aus III/V dotieren kann, aber wie siehts dann mit diesen III/V ern als Chip aus? Mit welchen Materialien sind die dann dotiert weil eine pn-Schicht haben sie doch oder?

(sry für diese für euch vielleicht trivialen Fragen aber ich beginne gerade erst mich mit Halbleitern usw zu beschäftigen :oops: )

Hallo Newbie,

so genau weiß ich das auch nicht, kann man auch pauschal nicht sagen. Da jeder Hersteller mit anderen Substraten experimentiert und es bislang soviel Verfahrensweisen und Patente in dieser Technologie gibt, solltest Du am besten direkt bei einem Hersteller, einem physikalischen Labor oder einer Universität anfragen...

Hm aber wenn man zum beispiel eine "Galliumarsenid" LED kauft, besteht dann der Chip oder das Substrat aus GaAs?

Hi,

jetzt muss ich mal zurück fragen, wo da bei der LED der Unterschied bestehen soll ...

Naja ich dachte auf das Substrat bringt man den Chip auf, und die eigentliche Enstehung der Photonen findet doch im Chip statt oder lieg ich da jetzt komplett daneben?
(Vielleicht sollte ich dazusagen dass sich alle Fragen auf 5mm LED beziehen)

Das Substrat ist das Rohmaterial für den Wafer, aus dem Wafer werden wiederum die Chips hergestellt (quasi ausgeschnitten). Ergo: Chip, Wafer und Substrat sind in dem genannten Fall aus GaAs, nur hat der Chip eben schon die Eigenschaften, die für eine LED gebraucht werden (Größe, evtl. Dotierung (ich weiß leider auch nicht, ob III/V-Kombinationen dotiert werden), ...).

Verglichen mit z. B. einer Bremsscheibe heißt das:
- das Substrat entspricht dem "formlosen" Roheisen,
- der Wafer entspricht dem unbearbeiteten Gussteil,
- der Chip entspricht dem fertigen Bauteil, dass in ein Auto eingebaut werden kann.

Hat dir das geholfen?

Grüße

foxalpha

Ja ich denke schon danke. Was ist eigentlich die optimale Betriebstemperatur für so eine 5 mm LED? Ich glaub prinzipiell funktionieren tun sie ja zwischen -20 und 80 °C oder so

Je wärmer eine LED wird, das heißt auch: je höher der Strom ist, mit dem du sie betreibst, desto schneller wird sie dunkel. Auf gut deutsch: je kälter desto besser. Extra einen Kühlschrank dafür umzubauen lohnt sich nicht, aber heizen braucht man erst recht nicht... Thermische Vorsorge ist nur bei High-Power-LEDs wichtig, sonst geht denen zu schnell das Licht aus.

Das hatte ich eigentlich nicht gemeint. Ich wollte auf die Lebensdauer hinweisen, die bei höheren Temperaturen in die Knie gehen (nicht umsonst muss man Luxeons kühlen). Allerdings ist der Umstand richtig, dass bei niedrigeren Temperaturen mehr Licht ausgespuckt wird, glaubt man den Datenblättern namhafter Hersteller (Z.B. Nichia).

Grüßle, foxalpha

Aber prinzipiell entstehen im Halbleiter bei hohen Temperaturen mehr freie Elektronen oder spielt das nach dem Dotieren eh keine Rolle mehr?

EDIT: Was mir auch noch eingefallen ist: Wieso haben Standard-LED eigentlich ein farbiges Gehäuse? Nur damit man "von außen" erkennen kann, in welcher Farbe sie emittieren?

Wie das mit freien Elektronen in Halbleitern aussieht, weiß ich leider nicht. Bei Metallen sind die Elektronen ja sowieso nicht an die Atomkerne gebunden, deshalb leiten sie ja überhaupt den Strom. Aber bei Halbmetallen...

Aber dass Feld-Wald-Wiesen-LEDs in farbiges Harz eingebettet sind, wird wohl daran liegen, dass man sie auch im ausgeschalteten Zustand erkennen können soll. Wenn der Benutzer eines Geräts auf das Aufleuchten einer roten Kontrollleuchte wartet, soll er vorher schon erkennen, welche das überhaupt ist.

Ja gut, sowas in die Richtung hatt ich mir auch gedacht.
Ich hab jetzt in einem Buch auch gefunden, dass schon die Leitfähigkeit mit der Temperatur steigt, aber das bezieht sich nur auf elementare Halbleiter, insofern wirds dann wahrscheinlich bei dotierten eh egal sein, weil wegen der pn-Schicht und der anliegenden Spannung wohl genügend Elektronen vorhanden sind => dieser andere Effekt mit der verringerten stahlungsfreien Rekombination wird wohl überwiegen (denk ich mir jetzt mal)

PS: Gibt es solche Datenblätter irgendwo online?

"Richtige" Datenblätter mit Strom-Spannungs-Verläufen und anderen Diagrammen gibts im Normalfall bei den Hersteller-Webseiten. "Abgespeckte" Datenblätter mit Strmaufnahme, Vorwärtsspannung, etc. solltest du im Regelfall beim entsprechenden Online-Shop bekommen. Wenn die nix vernünftiges haben, würde ich bezweifeln, dass die wissen, was sie verkaufen...

Grüße, foxalpha

Könntest du mit vielleicht ein paar Hersteller nennen?
Hab auf die schnelle nix gefunden