آیا درباره لیزرهای نیمه هادی می دانید؟ (قسمت 2)

لیزرهای نیمه هادی همبستگی قسمت 2.

لیزر یکی از اجزای اصلی در سیستم های ماشینکاری لیزر مدرن است. با توسعه فناوری پردازش لیزر، لیزر نیز به طور مداوم در حال توسعه است، لیزرهای جدید زیادی وجود دارد.

لیزرهای نیمه هادی دوپ شده

نیمه هادی ها به طور گسترده در دنیای دیجیتال امروزی استفاده می شوند زیرا می توانند خواص الکتریکی خود را با وارد کردن ناخالصی ها در شبکه های کریستالی خود تغییر دهند، فرآیندی که به عنوان دوپینگ شناخته می شود.

ناخالصی های موجود در نیمه هادی ها تأثیر قابل توجهی بر مقاومت دارند. هنگامی که یک ناخالصی ردیابی به یک نیمه هادی اضافه می شود، میدان پتانسیل تناوبی نزدیک اتم ناخالصی مختل می شود و یک حالت محدود اضافی تشکیل می شود و در نتیجه سطح ناخالصی اضافی در شکاف نواری ایجاد می شود. به عنوان مثال، هنگامی که اتم های ناخالصی مانند فسفر، آرسنیک و آنتیموان به یک عنصر چهارتایی ژرمانیوم یا کریستال سیلیکون اضافه می شود، اتم ناخالصی، به عنوان یک مولکول شبکه، دارای چهار الکترون از پنج الکترون ظرفیت خود است که با اطراف آن پیوند کووالانسی تشکیل می دهد. اتم ژرمانیوم (یا سیلیکون) و یک الکترون اضافی به اتم ناخالصی متصل می شود و سطح انرژی هیدروژن مانند تولید می کند. سطح ناخالصی در بالای نوار ممنوعه و نزدیک به پایین نوار هدایت قرار دارد. الکترون ها در سطح ناخالصی به راحتی به عنوان حامل های الکترون به نوار رسانایی برانگیخته می شوند. ناخالصی که حامل الکترون را فراهم می کند، دهنده و سطح انرژی مربوطه را سطح دهنده می نامند.

غلظت ناخالصی و قطبیت نیمه هادی های ذاتی تأثیر زیادی بر ویژگی های هدایت نیمه هادی ها دارد. نیمه هادی دوپ شده را نیمه هادی بیرونی می نامند.

نیمه هادی دوپ شده: نیمه هادی ناخالصی با فرآیند انتشار با مخلوط کردن تعداد کمی از عناصر ناخالص مناسب در نیمه هادی ذاتی به دست می آید.

لیزرهای نیمه هادی نوع P: یک کریستال سیلیکون خالص از مخلوط کردن یک عنصر سه ظرفیتی (مانند بور) به جای اتم های سیلیکون در شبکه کریستالی تشکیل می شود.

حامل های اکثریت: در نیمه هادی های نوع P، غلظت حفره ها بیشتر از غلظت الکترون های آزاد است که به عنوان حامل های اکثریت یا به اختصار پلی حامل شناخته می شوند.

حامل های اقلیت: در نیمه هادی های نوع P، الکترون های آزاد حامل های اقلیت یا به اختصار حامل های اقلیت هستند.

اتم گیرنده: جای خالی یک اتم ناخالصی الکترون ها را جذب می کند و به آن اتم پذیرنده می گویند.

ویژگی های رسانایی یک نیمه هادی نوع P: الکتریسیته را توسط سوراخ ها هدایت می کند. هرچه ناخالصی های بیشتری اضافه شود، غلظت چند ضلعی ها (سوراخ ها) بیشتر و عملکرد رسانایی قوی تر است.

لیزرهای نیمه هادی نوع N: یک کریستال سیلیکون خالص از مخلوط کردن یک عنصر پنج ظرفیتی (مانند فسفر) به جای اتم های سیلیکون در شبکه کریستالی تشکیل می شود.

الکترون های زیاد: در نیمه هادی های نوع N، بسیاری از الکترون ها الکترون های آزاد هستند.

اقلیت: در نیمه هادی های نوع N، اقلیت سوراخ است.

اتم دهنده: به اتم های ناخالصی که می توانند الکترون ها را کمک کنند، اتم های دهنده می گویند.

رسانایی نیمه هادی های نوع N: هر چه ناخالصی های بیشتری اضافه شود، غلظت چند ضلعی ها (الکترون های آزاد) بیشتر و رسانایی قوی تر می شود.

دوپینگ لیزرهای نیمه هادی

با توجه به بار مثبت یا منفی مواد دوپ شده، مواد دوپ شده را می توان به اهداکننده و پذیرنده تقسیم کرد. الکترون‌های ظرفیت (الکترون‌های ظرفیت) از اتم‌های اهداکننده، الکترون‌های ظرفیتی کووالانسی با اتم‌های ماده دوپ‌شده هستند و در نتیجه به هم متصل می‌شوند. الکترونی که به اتم ماده دوپ شده پیوند کووالانسی ندارد، به اتم دهنده که به آن الکترون دهنده نیز می گویند، پیوند ضعیفی دارد.

در مقایسه با الکترون های ظرفیتی در نیمه هادی های ذاتی، انرژی مورد نیاز الکترون های دهنده برای انتقال به نوار رسانایی کمتر است و حرکت در شبکه مواد نیمه هادی و تولید جریان آسان تر است. اگرچه الکترون دهنده انرژی می گیرد و به نوار رسانایی می پرد، اما مانند نیمه هادی ذاتی حفره الکتریکی باقی نمی گذارد و اتم دهنده تنها پس از از دست دادن الکترون در شبکه بلوری مواد نیمه هادی ثابت می شود. بنابراین، نیمه هادی که الکترون های اضافی را برای ایجاد رسانایی به دلیل دوپینگ به دست می آورد، نیمه هادی نوع N نامیده می شود، که در آن n مخفف الکترون های دارای بار منفی است.

در مقابل دهنده، وقتی اتم گیرنده وارد شبکه نیمه هادی می شود، چون تعداد الکترون های ظرفیت کمتر از اتم نیمه هادی است، جای خالی معادلی به همراه خواهد داشت و این جای خالی اضافی را می توان یک حفره الکتریکی در نظر گرفت. نیمه هادی دوپ شده، نیمه هادی نوع P نامیده می شود، جایی که p مخفف سوراخ هایی با بار مثبت است.

اثر دوپینگ توسط یک نیمه رسانای ذاتی سیلیکون نشان داده شده است. سیلیکون دارای چهار الکترون ظرفیتی است و مواد دوپینگی که معمولا در سیلیکون استفاده می شود شامل عناصر سه ظرفیتی و پنج ظرفیتی است. هنگامی که عناصر سه ظرفیتی با تنها سه الکترون ظرفیتی مانند بور به نیمه هادی های سیلیکونی دوپ می شوند، بور نقش گیرنده را بازی می کند و نیمه هادی های سیلیکونی دوپ شده با بور، نیمه هادی های نوع P هستند. برعکس، اگر عناصر پنج ظرفیتی مانند فسفر (فسفر) به نیمه هادی سیلیکونی دوپ شوند، فسفر نقش دهنده را بازی می کند و نیمه هادی سیلیکونی فسفر دوپ شده به نیمه هادی نوع N تبدیل می شود.

یک ماده نیمه رسانا ممکن است با دهنده و گیرنده دوپ شود، و نحوه تصمیم گیری در مورد اینکه نیمه هادی از نوع N یا P است بستگی به نیمه هادی دوپ شده دارد، گیرنده غلظت حفره ها را بیشتر می کند یا دهنده غلظت بیشتری از الکترون ها را به ارمغان می آورد. یعنی «حامل اکثریت» نیمه هادی چیست. نقطه مقابل حامل اکثریت، حامل اقلیت است. برای تجزیه و تحلیل اصل عملکرد اجزای نیمه هادی، رفتار چند حامل در نیمه هادی ها بسیار مهم است.

از قسمت 3 در مورد آن بیشتر بیاموزید

اطلاعات تماس:

اگر ایده ای دارید، در صورت تمایل با ما صحبت کنید. مهم نیست که مشتریان ما کجا هستند و نیازهای ما چیست، ما هدف خود را دنبال خواهیم کرد تا با کیفیت بالا، قیمت پایین و بهترین خدمات به مشتریان خود ارائه دهیم.