آیا درباره لیزرهای نیمه هادی می دانید؟ (قسمت 1)

1. لیزرهای نیمه هادیتعریف

معمولاً موادی را که رسانایی الکتریکی ضعیفی دارند مانند زغال سنگ، کریستال های مصنوعی، کهربا و سرامیک می نامیم.عایق ها.

فلزاتی که الکتریسیته را به خوبی هدایت می کنند مانند طلا، نقره، مس، آهن، قلع و آلومینیوم، نامیده می شوند.هادی ها.

در دمای اتاق، خواص رسانایی مواد بین هادی ها و عایق ها نامیده می شودنیمه هادی ها.

در مقایسه با رساناها و عایق ها، کشف مواد نیمه هادی نسبتاً دیر بود، و تا دهه 1930 بود که وجود نیمه هادی ها واقعاً توسط جامعه دانشگاهی شناسایی شد که تکنیک های خالص سازی مواد بهبود یافت.

2. تاریخچه توسعه

در سال 1833، دانشمند بریتانیایی فارادی، پدر الکترونیک، برای اولین بار دریافت که مقاومت سولفید نقره در برابر تغییر دما با فلزات معمولی متفاوت است. در شرایط عادی، مقاومت فلزات با افزایش دما افزایش می یابد، اما برادعی دریافت که مقاومت مواد سولفید نقره با افزایش دما کاهش می یابد. این اولین کشف پدیده نیمه هادی است.

در سال 1839، بکرل فرانسوی کشف کرد که اتصال بین یک نیمه هادی و یک الکترولیت زمانی که در معرض نور قرار می گیرد ولتاژ تولید می کند. این به عنوان اثر فتوولتائیک شناخته شد. این دومین ویژگی نیمه هادی ها بود که کشف شد.

در سال 1873، اسمیت انگلیسی اثر رسانایی نوری افزایش رسانایی مواد کریستال سلنیوم در زیر نور را کشف کرد که یکی دیگر از ویژگی های نیمه هادی ها است. اگرچه این چهار اثر نیمه هادی ها (بقایای اثر هال -- کشف چهار اثر مرتبط) قبل از سال 1880 کشف شدند، اصطلاح نیمه هادی برای اولین بار توسط کانیبرگ و وایس احتمالاً در سال 1911 استفاده شد. تا دسامبر 1947 بود. که آزمایشگاه بل توصیف خصوصیات چهارگانه نیمه هادی ها را تکمیل کرد.

در سال 1874، براون در آلمان مشاهده کرد که رسانایی مقداری سولفید با جهت میدان الکتریکی اعمال شده مرتبط است، یعنی هدایت آن جهت دار است و هنگامی که ولتاژ رو به جلو به هر دو انتها اعمال شود، رسانا است. اگر قطبیت ولتاژ معکوس شود، جریان الکتریکی را هدایت نمی کند. این اثر یکپارچه نیمه هادی و سومین مشخصه نیمه هادی است. در همان سال، شوستر همچنین اثر یکسو کننده مس و اکسید مس را کشف کرد.

بسیاری از مردم تعجب می کنند که چرا اینقدر طول کشیده تا نیمه هادی ها شناخته شوند. دلیل اصلی این بود که مواد خالص نبودند. بدون مواد خوب، توضیح بسیاری از مشکلات مربوط به مواد دشوار است.

3. طبقه بندی لیزرهای نیمه هادی

ترکیب شیمیایی را می توان به دو دسته نیمه هادی عناصر و نیمه هادی مرکب تقسیم کرد.

ژرمانیوم و سیلیکون معمولاً به عنوان نیمه هادی های عنصری استفاده می شوند. نیمه هادی های مرکب شامل ترکیبات گروه Ⅲ و Ⅴ (آرسنید گالیم، فسفید گالیم و غیره)، ترکیبات گروه Ⅱ و Ⅵ (سولفید کادمیوم، سولفید روی و غیره)، اکسیدها (منگنز، کروم، آهن، اکسیدهای مس) و محلول های جامد هستند. از ترکیبات گروه ⅲ-ⅴ و ترکیبات گروه ⅱ-ⅵ (آرسنیک آلومینیوم گالیوم، فسفر آرسنیک گالیم و غیره) تشکیل شده است.

با توجه به تکنولوژی ساخت آنها، نیمه هادی ها را می توان به دستگاه های مدار مجتمع، دستگاه های گسسته، نیمه هادی های فوتوالکتریک، لجستیک، آنالوگ، حافظه و سایر دسته ها طبقه بندی کرد. به طور کلی، اینها به دسته های کوچک تقسیم می شوند.

4. ویژگی های لیزرهای نیمه هادی

پنج ویژگی نیمه هادی ها: دوپینگ، حساسیت حرارتی، حساسیت به نور، ویژگی های دمایی مقاومت منفی و ویژگی های یکسو کننده.

در نیمه هادی که ساختار کریستالی را تشکیل می دهد، هدایت الکتریکی را می توان با افزودن مصنوعی عناصر ناخالصی خاص کنترل کرد. تحت شرایط تابش نور و گرما، هدایت آن به وضوح تغییر می کند.

5. اصل عملیات لیزرهای نیمه هادی

نیمه هادی ذاتی: نیمه هادی که فاقد ناخالصی و عیب شبکه باشد، نیمه هادی ذاتی نامیده می شود. در دماهای بسیار پایین، باند ظرفیت نیمه هادی باند کامل است. پس از تحریک حرارتی، بخشی از الکترون های باند ظرفیت از نوار ممنوعه عبور کرده و با انرژی بالاتر وارد باند خالی می شوند. نوار رسانایی پس از حضور الکترون ها در باند خالی می شود و فقدان الکترون در باند ظرفیت یک جای خالی با بار مثبت ایجاد می کند که به آن سوراخ می گویند.

هدایت سوراخ حرکت واقعی نیست، بلکه یک معادل است. هنگامی که یک الکترون جریان الکتریکی را هدایت می کند، حفره هایی با بار مساوی در جهت مخالف حرکت می کنند. آنها حرکت جهت دار را تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی ایجاد می کنند و جریان ماکروسکوپی را تشکیل می دهند که به ترتیب رسانش الکترون و رسانش حفره نامیده می شوند.

این نوع رسانش هیبریدی به دلیل تولید جفت الکترون-حفره، رسانایی ذاتی نامیده می شود. الکترون‌های نوار رسانش به درون حفره می‌افتند و جفت الکترون-حفره ناپدید می‌شوند که به آن نوترکیبی می‌گویند. انرژی آزاد شده در طول نوترکیب تبدیل به تابش الکترومغناطیسی (لومینسانس) یا انرژی ارتعاش حرارتی (گرمایش) شبکه می شود. در یک دمای معین، تولید و بازترکیب جفت الکترون-حفره به طور همزمان وجود دارد و به تعادل دینامیکی می رسد. در این زمان، نیمه هادی دارای چگالی حامل مشخصی است و بنابراین دارای مقاومت خاصی است. با افزایش دما، جفت الکترون-حفره بیشتری تولید می شود، چگالی حامل افزایش می یابد و مقاومت مقاومتی کاهش می یابد. نیمه هادی های خالص بدون نقص شبکه مقاومت بالایی دارند و کاربردهای عملی کمی دارند.

لطفا برای اطلاعات بیشتر به قسمت 2 بروید

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.