Tiedätkö puolijohdelasereista? (Osa 2)

Puolijohdelaserit korrelaatio Osa 2.

Laser on yksi nykyaikaisten lasertyöstöjärjestelmien keskeisistä komponenteista. Laserkäsittelytekniikan kehityksen myötä laser kehittyy myös jatkuvasti, uusia lasereita on monia.

Seostetut puolijohdelaserit

Puolijohteita käytetään laajalti nykypäivän digitaalisessa maailmassa, koska ne voivat muuttaa sähköisiä ominaisuuksiaan lisäämällä epäpuhtauksia niiden kidehiloihin, mikä prosessi tunnetaan dopingina.

Puolijohteiden epäpuhtaudet vaikuttavat merkittävästi resistiivisyyteen. Kun puolijohteeseen lisätään epäpuhtautta, jaksollinen potentiaalikenttä epäpuhtausatomin lähellä häiriintyy ja muodostuu ylimääräinen sidottu tila, mikä johtaa ylimääräiseen epäpuhtaustasoon kaistavälissä. Esimerkiksi kun epäpuhtausatomeja, kuten fosforia, arseenia ja antimonia, lisätään kvaternääriseen alkuaine-germanium- tai piikiteeseen, epäpuhtausatomilla hilan molekyylinä on neljä viidestä valenssielektronistaan ​​kovalenttisen sidoksen ympäröivän sidoksen kanssa. germanium (tai pii) atomi, ja ylimääräinen elektroni sitoutuu epäpuhtausatomiin tuottaen vedyn kaltaista energiatasoa. Epäpuhtaustaso sijaitsee kielletyn kaistan yläpuolella ja lähellä johtavuuskaistan pohjaa. Epäpuhtaustason elektronit virittyvät helposti johtavuuskaistalle elektronien kantajina. Elektronin kantajan muodostavaa epäpuhtautta kutsutaan luovuttajaksi ja vastaavaa energiatasoa kutsutaan luovuttajatasoksi.

Sisäisten puolijohteiden epäpuhtauspitoisuudella ja polariteetilla on suuri vaikutus puolijohteiden johtavuusominaisuuksiin. Seostettua puolijohdetta kutsutaan ulkopuoliseksi puolijohteeksi.

Seostettu puolijohde: Epäpuhtauspuolijohde saadaan diffuusioprosessilla sekoittamalla pieni määrä sopivia epäpuhtauselementtejä sisäiseen puolijohteeseen.

P-tyypin puolijohdelaserit: Puhdas piikide muodostetaan sekoittamalla kolmiarvoista alkuainetta (kuten booria) kidehilan piiatomien tilalle.

Enemmistön kantajat: P-tyypin puolijohteissa reikien pitoisuus on suurempi kuin vapaiden elektronien pitoisuus, jotka tunnetaan enemmistökantoaaltoina tai lyhennettynä polykantoaaltoina.

Vähemmistökantajat: P-tyypin puolijohteissa vapaat elektronit ovat vähemmistökantoaaltoja tai lyhennettynä vähemmistökantoaaltoja.

Akseptoriatomi: Epäpuhtausatomin tyhjä tila absorboi elektroneja ja sitä kutsutaan akseptoriatomiksi.

P-tyyppisen puolijohteen johtavat ominaisuudet: se johtaa sähköä reikien kautta. Mitä enemmän epäpuhtauksia lisätään, sitä suurempi on monikulmioiden (reikien) pitoisuus ja sitä vahvempi on sähköä johtava suorituskyky.

N-tyypin puolijohdelaserit: Puhdas piikide muodostetaan sekoittamalla viisiarvoista alkuainetta (kuten fosforia) kidehilan piiatomien tilalle.

Monet elektronit: N-tyypin puolijohteissa monet elektronit ovat vapaita elektroneja.

Vähemmistö: N-tyypin puolijohteissa vähemmistö on reikä.

Luovuttajaatomi: Epäpuhtausatomeja, jotka voivat tuoda elektroneja, kutsutaan luovuttajaatomeiksi.

N-tyypin puolijohteiden johtavuus: Mitä enemmän epäpuhtauksia lisätään, sitä suurempi on monikulmioiden (vapaiden elektronien) pitoisuus ja sitä vahvempi johtavuus.

Puolijohdelaserien doping

Dopatun materiaalin positiivisen tai negatiivisen varauksen mukaan seostettu materiaali voidaan jakaa luovuttajiin ja vastaanottajiin. valenssielektronit (valenssielektronit) luovuttajaatomeista ovat valenssielektroneja, jotka ovat kovalenttisia seostetun materiaalin atomeille ja siten sitoutuneita. Elektroni, joka ei ole kovalenttisesti sitoutunut seostetun materiaalin atomiin, on heikosti sitoutunut luovuttajaatomiin, joka tunnetaan myös nimellä donorielektroni.

Verrattuna sisäisten puolijohteiden valenssielektroneihin, luovuttajaelektronien tarvitsema energia siirtyäkseen johtavuuskaistalle on pienempi, ja puolijohdemateriaalien hilassa on helpompi liikkua ja tuottaa virtaa. Vaikka luovuttajaelektroni saa energiaa ja hyppää johtavuuskaistalle, se ei jätä sähköreikää kuten sisäisessä puolijohteessa, ja luovuttava atomi kiinnittyy puolijohdemateriaalin kidehilaan vasta elektronin menetyksen jälkeen. Siksi puolijohdetta, joka saa ylimääräisiä elektroneja johtavuuden aikaansaamiseksi dopingin vuoksi, kutsutaan N-tyypin puolijohteeksi, jossa n tarkoittaa negatiivisesti varautuneita elektroneja.

Toisin kuin luovuttaja, kun akseptoriatomi tulee puolijohdehilaan, koska valenssielektronien lukumäärä on pienempi kuin puolijohdeatomilla, se tuo vastaavan tyhjiön, ja tätä ylimääräistä tyhjää tilaa voidaan pitää sähköreikänä. Seostettua puolijohdetta kutsutaan P-tyypin puolijohteeksi, jossa p tarkoittaa positiivisesti varautuneita reikiä.

Dopingin vaikutusta havainnollistaa piipuolijohde. Piillä on neljä valenssielektronia, ja piissä yleisesti käytettyjä seostusmateriaaleja ovat kolmi- ja quinquevalent-elementit. Kun kolmiarvoisia elementtejä, joissa on vain kolme valenssielektronia, kuten boori, seostetaan piipuolijohteisiin, boori toimii vastaanottajana, ja boorilla seostetut piipuolijohteet ovat P-tyyppisiä puolijohteita. Kääntäen, jos viisiarvoiset alkuaineet, kuten fosfori (fosfori), seostetaan piipuolijohteeseen, fosforilla on luovuttajan rooli, ja seostetusta fosforipiipuolijohteesta tulee N-tyypin puolijohde.

Puolijohdemateriaali voi olla seostettu donorilla ja akseptorilla, ja kuinka päättää, onko puolijohde N- vai P-tyyppinen, riippuu seostetusta puolijohteesta, akseptori tuo suuremman pitoisuuden reikiä tai donori tuo korkeamman elektronikonsentraation, eli mikä on puolijohteen "enemmistön kantaja". Enemmistöoperaattorin vastakohta on vähemmistöoperaattori. Puolijohdekomponenttien toimintaperiaatteen analyysissä muutaman kantoaallon käyttäytyminen puolijohteessa on erittäin tärkeä.

Lisätietoja siitä osasta 3

Yhteystiedot:

Jos sinulla on ideoita, ota rohkeasti yhteyttä. Riippumatta siitä, missä asiakkaamme ovat ja mitkä ovat vaatimuksemme, noudatamme tavoitettamme tarjota asiakkaillemme korkeaa laatua, edullisia hintoja ja parasta palvelua.