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Des diodes électroluminescentes de plus en plus puissantes sont commercialisées. Elles peuvent ainsi théoriquement remplacer les lampes à incandescence pour l’éclairage. Mais il convient au préalable de déterminer la place des LED dans le contexte économique et énergétique de l’éclairage.
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- Version archivée 2 de nov. 2011 par Georges ZISSIS, Xavier DE LOGIVIERE
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2. Principe de fonctionnement et efficacité
L’élément de base de toute diode électroluminescente est un semi-conducteur ayant deux régions de conductivité différente (de type p et n) et une région de recombinaison radiative des porteurs n (électrons) et p (trous). Dans son expression la plus simple, le design d’une LED se réduit à la jonction d’un semi-conducteur dopé de type p avec le même semi-conducteur dopé n. Il s’agit d’une diode électroluminescente dite homojonction. Les LED classiques utilisent encore aujourd’hui cette structure mais, comme nous le verrons plus loin 2.2, les nouvelles diodes de forte intensité utilisent des jonctions bien plus complexes.
2.1 Diodes électroluminescentes classiques
Un champ de charge espace est un champ électrique créé à l’intérieur d’une accumulation de charges électriques, souvent décrit comme un « nuage », électriquement neutre d’un point de vue macroscopique.
La figure 2 illustre le principe de fonctionnement d’une homojonction. À l’état d’équilibre, les porteurs majoritaires de chaque zone diffusent vers l’autre zone : les électrons de la zone n ont tendance à diffuser vers la zone p, les trous suivent le chemin inverse. Ces mouvements spontanés perturbent la neutralité électrique locale du système et sont à l’origine de l’apparition d’un champ de charge espace qui s’oppose, à son tour, à ces mouvements et le système s’équilibre. Par conséquent, le nombre de porteurs minoritaires dans chaque zone (électrons dans la zone p et trous dans la zone n) reste extrêmement faible et la probabilité de recombinaison radiative est quasi nulle. Dans le cas d’une jonction idéale avec de longues zones neutres, les densités des courants inverses liées à la diffusion, jn0 et jp0, de chaque type de porteur dépendent, entre autres, du carré de la densité des porteurs.
En appliquant maintenant à la jonction une tension de polarisation directe V, la barrière de potentiel s’abaisse d’une valeur égale à eV. Par conséquent, le courant de diffusion des porteurs majoritaires de chaque...
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