Чи знаєте ви про напівпровідникові лазери? (Частина 3)

Напівпровідникові лазерикореляція Частина 3.

Напівпровідниковий лазер зазвичай має такі характеристики, як легкість, висока ефективність модуляції, малий розмір тощо, і широко використовується в цивільних, військових, медичних та інших галузях. Дослідження потужних напівпровідникових лазерів почалися в 1980-х роках і ніколи не припинялися. Завдяки безперервному розвитку напівпровідникової технології та лазерної технології потужний напівпровідниковий лазер досяг значного прогресу в аспектах вихідної потужності, перетворення потужності та надійності.

Вплив легування на структуру

Легування енергетичної зони напівпровідника змінює. Залежно від легування існують різні рівні енергії між забороненими зонами власних напівпровідників. Атом-донор вироблятиме новий енергетичний рівень поблизу зони провідності, тоді як атом-реципієнт вироблятиме новий енергетичний рівень поблизу валентної зони. Якщо атоми бору додані до кремнію, вони іонізуються. Атоми бору, додані до кремнію, можуть бути повністю іонізовані за кімнатної температури, оскільки рівень енергії між валентною зоною бору та кремнію становить лише 0,045 електрон-вольт, що набагато менше ніж енергетичний проміжок самого кремнію в 1,12 електрон-вольта.

Інший важливий вплив допантів на зонну структуру полягає в зміні положення енергетичного рівня Фермі. Рівень енергії Фермі залишається постійним у тепловій рівновазі, і ця властивість призводить до багатьох інших корисних електричних властивостей. Наприклад, смуга pn-переходу може згинатися, оскільки рівні Фермі напівпровідника P-типу та напівпровідника N-типу знаходяться в різних положеннях, але рівні Фермі повинні залишатися на одній висоті, щоб утворити pn-перехід. У результаті зона провідності або валентна зона напівпровідника P-типу або N-типу буде зігнута відповідно до різниці зон на з’єднанні.

Вищевказаний ефект можна пояснити смуговою діаграмою. На смуговій діаграмі горизонтальна вісь відображає положення, а вертикальна вісь – енергію. внутрішній рівень Фермі (intrinsicFermi level) напівпровідника зазвичай виражається в Ei. Зонні карти є дуже корисним інструментом для інтерпретації поведінки напівпровідникових компонентів.

Взаємозв’язок напівпровідників та інтегральних схем

Напівпровідники — це матеріали, електричні властивості яких є проміжними між властивостями провідників і ізоляторів. Ми знаємо, що ланцюг має функцію в основному через різні варіації струму в ньому, і що струм утворюється в основному через потік (рух/міграцію) електронів між металевим ланцюгом та електронними компонентами. Отже, те, наскільки легко електрони рухаються крізь матеріал, визначає його провідність. У звичайних металевих матеріалах при кімнатній температурі електрони легко отримують енергію для руху, тому їх властивість провідності хороша; Через характеристики самого матеріалу електронам важко отримати енергію, необхідну для проведення електрики. Невелика кількість електронів може мігрувати всередині ізолятора, тому він майже не проводить струм. З іншого боку, напівпровідникові матеріали знаходяться десь посередині, і їх можна змінювати, додаючи домішки, штучно контролюючи, наскільки легко вони проводять електрику чи ні, і наскільки легко вони проводять електрику. Це називається властивістю допування напівпровідників.

Як було сказано раніше, основою інтегральної схеми є транзистор, завдяки винаходу транзистора можна створити інтегральну схему, а основою транзистора є напівпровідник, тому напівпровідник також є основою інтегральної схеми. Напівпровідники для інтегральних схем, що земля для міст. Очевидно, що гори і пагорби непридатні для будівництва міст, а місця з піщаним ґрунтом і вапняком непридатні для будівництва міст. Для «будівництва» міста потрібне гарне місце, а для «інтеграції» схеми потрібен правильний базовий матеріал -- напівпровідники. Поширеними напівпровідниковими матеріалами є кремній, германій, арсенід галію (сполуки), серед яких широко використовуваний, комерційний успіх поштовху "кремній".

Чому напівпровідники, зокрема кремній, корисні для виготовлення інтегральних схем? Є кілька причин. Кремній є поширеним елементом у земній корі, поступаючись лише кисню. У природі в скелях і гравії багато силікатів або кремнезему, що становить вартість сировини. Допуючу природу кремнію легко контролювати, що дозволяє легко виготовляти транзистори, які відповідають вимогам, з міркувань принципу схеми. Діоксид кремнію, що утворюється в результаті окислення кремнію, є стабільним і може використовуватися як чудова ізоляційна плівка, необхідна в напівпровідникових пристроях, що є причиною конструкції пристрою. Ключовим моментом є планарний процес інтегральних схем, кремній легше реалізувати процеси окислення, літографії, дифузії та інші процеси, легше інтегрувати, а його продуктивність легше контролювати. Таким чином, наступне в основному представлено на основі знань про кремнієву інтегральну схему, кремнієвий транзистор і розуміння процесу інтегральної схеми, це буде легше зрозуміти цю проблему.

Окрім довговічності, напівпровідники також мають термочутливість, фоточутливість, температуру негативного питомого опору, здатність до вторинної переробки та інші характеристики, тому крім виробництва великомасштабних інтегральних схем, напівпровідникові матеріали також можуть використовуватися для силових пристроїв, оптоелектронних пристроїв, датчиків тиску, термоелектричні холодильні та іншого призначення; Використовуючи технологію мікромеханічної обробки мікроелектроніки, його також можна перетворити на MEMS (мікромеханічну електронну систему), яку можна використовувати в електроніці та медицині.

Виробництво напівпровідникових матеріалів

Щоб задовольнити потреби масового виробництва, електричні властивості напівпровідника повинні бути передбачуваними та стабільними, тому як чистота легування, так і якість структури решітки напівпровідника повинні суворо вимагатися. Загальні проблеми якості включають дислокації в решітці, двійники або дефекти упаковки, що впливають на характеристики напівпровідникових матеріалів. Для напівпровідникового компонента дефекти решітки матеріалу зазвичай є головним фактором, що впливає на продуктивність компонента.

Найпоширеніший метод, який використовується для вирощування високочистих монокристалічних напівпровідникових матеріалів, називається процесом Чохральського. У цьому процесі затравка монокристала опускається в розчинену рідину того ж матеріалу і повільно тягнеться вгору обертальним рухом. Коли затравка підтягується вгору, розчинена речовина твердне вздовж поверхні розділу між твердою речовиною та рідиною, а обертання вирівнює температуру розчиненої речовини.

Застосування напівпровідників

1. Першим практичним напівпровідником був транзистор/діод. Використовується як підсилювач/випрямляч сигналу в радіо- та телевізійних напівпровідниках.

2. Розробка сонячної енергії, яка також використовується в сонячних батареях.

3. Напівпровідники можна використовувати для вимірювання температури, температурний діапазон може охоплювати виробництво, життя, медицину, наукові дослідження та навчальні програми 70 відсотків поля, з високою точністю та стабільністю, роздільною здатністю до {{ 4}}.1 градус, навіть до 0.01 градус неможливий, лінійність 0,2 відсотка, температурний діапазон -100~ плюс 300 градусів. Це економічно ефективний елемент вимірювання температури.

4. Розробка напівпровідникових холодильників, також відомих як термоелектричні холодильники або термоелектричні холодильники, використовує ефект Партьє.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.