giovedì 9 ottobre 2014

Led : nuova luce per illuminare il mondo


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Nobel ai Led : nuova luce per illuminare il mondo

Nobel per la fisica agli inventori della luce a Led

Il premio Nobel per la fisica è stato assegnato a tre scienziati giapponesi: Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura per aver inventato il led a luce blu, che insieme ai già noti led a luce rossa e verde, ha permesso di ottenere led a luce bianca. La loro invenzione ha trovato un largo uso nella tecnologia di uso quotidiano e ha permesso un grande risparmio energetico. Con l’avvento del led è stato possibile avere lampade più efficienti e durevoli delle vecchie sorgenti di luce.

Negli anni novanta Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura hanno inventato dei semiconduttori capaci di produrre luce blu che ha rivoluzionato la tecnologia per l’illuminazione. Diodi capaci di produrre luce rossa e verde erano stati sviluppati da tempo, ma l’invenzione dei led a luce blu ha permesso di produrre luce bianca. Per trent’anni, prima dell’invenzione dei tre scienziati giapponesi, la comunità scientifica non era riuscita a produrre diodi capaci di emanare luce blu.

La realizzione dei diodi a emissione di luce blu da parte dei tre ricercatori nei primi anni novanta e’ stata la tappa decisiva per giungere alla luce a led.diodi a emissione di luce rossa e verde erano stati creati gia’ da tempo ma senza diodi a emissione di luce blu non era possibile a creare lampadine led a luce bianca. I tre ricercatori, dice il comitato del Nobel, sono riusciti dove tutti avevano fallito e la loro invenzione e’ stata rivoluzionaria. Come le lampade a incandescenza hanno rappresentanto il ventesimo secolo, il ventunesimo secolo sara’ identificato con le luci emesse dalle lampade a Led.

Akasaki lavorava insieme ad Amano all’università di Nagoya, mentre Nakamura lavorava alla Nichia Chemicals, un’azienda di Tokushima. “La loro invenzione è stata rivoluzionaria”, afferma il comunicato dell’Accademia reale svedese delle scienze. “La luce incandescente prodotta dalle lampade a bulbo è stata sostituita dalle lampade a led”.




Diodi
I componenti elettronici a semiconduttore, diodi e transistror, sono detti componenti attivi, poichè con essi si possono realizzare dei dispositivi ai quali applicando un segnale a bassa potenza sui terminali d'ingresso, si può prelevare un segnale corrispondente a potenze più elevate, (guadagno). Il diodo, come esempio più semplice, è considerato impropriamente un componente attivo, perchè si distingue dai componenti passivi per il fatto che presenta una resistenza bassa per i segnali di una certa polarità, mentre una resistenza alta per i segnali di polarità opposta, senza aumentare la potenza.
Il diodo, è il più semplice componente a semiconduttore, chiamato anche diodo a giunzione, il cui funzionamento è permesso grazie alla giunzione P-N, la quale permette il flusso della corrente in una sola direzione e bloccandola nel verso opposto.
Essi sono una componente principale per i circuiti elettrici, sia per le loro caratteristiche che per il loro principio di funzionamento, che è alla base di altri componenti, ricordando ad esempio i transistor bipolari, i quali utilizzano due diodi in serie.
Giunzione P-N:
La realizzazione di molti componenti attivi a semiconduttore in elettronica, è dovuta alla realizzazione ed utilizzo della giunzione P-N; essa viene realizzata sia nei diodi che nei transistor tramite processi di fabbricazione automatizzati, utilizzando essenzialmente il Germanio ed il Silicio come materiale semiconduttore. Essa è un cristallo a semiconduttore, formato da due zone o regioni,  la zona P e la zona N adiacenti l'una con l'altra e di materiali semiconduttori diversi, di cui la prima è formata appunto da silicio drogato con boro ed ha eccedenza di elettroni, mentre la seconda, è formata da silicio con una piccolissima quantità di fosforo ad eccedenza di lacune
(le lacune sono portatrici di carica elettrica le quali contribuiscono al passaggio della corrente elettrica nei semiconduttori).
Il principio di funzionamento dunque si basa sulla capacità di trasferimento di elettroni dalla zona P alla zona N, chiamato fenomeno di diffusione, ed a seconda della polarizzazione che gli si apllica ai suoi capi.
Infatti se alla zona P gli si apllica una tensione positiva rispetto alla zona N (in questo caso parliamo di polarizzazione diretta), si riduce l'altezza della barriera tra le due zone, e di conseguenza le lacune, che sono portatori maggioritari della nella zona P, passano per diffusione nella N; in quest'ultima zona aumenta la concentrazione dei portatori minoritari(lacune) ed aumenta la ricombinazione con gli elettroni. Lo stesso maccanismo viene adottato per gli elettroni liberi che passano dalla zona N alla zona P.
Bisogna ricordare che con la polarizzazione diretta, anche con piccoli variazioni di tensione, superiori al valore di soglia o tensione lavoro, pari a 0.7 Volt, si hanno forti variazioni di corrente, chiamate correnti dirette (vedere disegno curva diodo). In questo caso la corrente cresce rapidamenente al minino aumento della tensione applicata ai suoi capi.
Applicando invece una tensione esterna in modo tale che la zona P risulti negativa rispetto alla zona N (polarizzazione inversa), si aumenta l'altezza della barriera. Di conseguenza diminuiscono notevolmete i portatori maggioritari in grado di superarla, mentre aumenta il flusso di portatori dalle zone nella quale sono minoritari, alle zone in cui divengono maggioritari. Il valore di questo flusso è molto limitato dalla scarsità di questi portatori, e di conseguenza si ha una piccolissima corrente rispetto alla precedente chiamata corrente inversa. In parole povere nel caso della polarizzazione inversa, la giunzione lascia passare solo un valore piccolissimo di corrente, il quale può ritenersi quasi nullo, fino a che la tensione non scende sotto il valore critico, chiamato tensione di rottura(dall'inglese tensione di break-down), in cui la giunzione si danneggia.

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