Czy znasz się na laserach półprzewodnikowych? (Część 2)

Lasery półprzewodnikowe korelacja Część 2.

Laser jest jednym z podstawowych elementów nowoczesnych systemów obróbki laserowej. Wraz z rozwojem technologii obróbki laserowej, laser również stale się rozwija, pojawia się wiele nowych laserów.

Domieszkowane lasery półprzewodnikowe

Półprzewodniki są szeroko stosowane w dzisiejszym cyfrowym świecie, ponieważ mogą zmieniać swoje właściwości elektryczne poprzez wprowadzanie zanieczyszczeń do ich sieci krystalicznych w procesie znanym jako domieszkowanie.

Zanieczyszczenia w półprzewodnikach mają znaczący wpływ na rezystywność. Gdy śladowe zanieczyszczenie zostanie dodane do półprzewodnika, okresowe pole potencjału w pobliżu atomu domieszki zostaje zakłócone i powstaje dodatkowy stan związany, co skutkuje dodatkowym poziomem zanieczyszczeń w paśmie wzbronionym. Na przykład, gdy atomy zanieczyszczeń, takie jak fosfor, arsen i antymon, są dodawane do kryształu pierwiastka czwartorzędowego germanu lub krzemu, atom zanieczyszczenia, jako cząsteczka sieci, ma cztery z pięciu elektronów walencyjnych tworzących wiązanie kowalencyjne z otaczającym je atomem. atom germanu (lub krzemu), a dodatkowy elektron jest związany z atomem zanieczyszczeń, wytwarzając poziom energii podobny do wodoru. Poziom zanieczyszczenia znajduje się powyżej pasma zabronionego i blisko dna pasma przewodnictwa. Elektrony na poziomie zanieczyszczeń są łatwo wzbudzane do pasma przewodnictwa jako nośniki elektronów. Zanieczyszczenie, które zapewnia nośnik elektronów, nazywane jest donorem, a odpowiadający mu poziom energii nazywany jest poziomem donora.

Stężenie zanieczyszczeń i polaryzacja półprzewodników samoistnych mają ogromny wpływ na właściwości przewodzenia półprzewodników. Domieszkowany półprzewodnik nazywany jest zewnętrznym półprzewodnikiem.

Półprzewodnik domieszkowany: Półprzewodnik domieszkowy jest uzyskiwany w procesie dyfuzji poprzez zmieszanie niewielkiej liczby odpowiednich pierwiastków domieszkowych z wewnętrznym półprzewodnikiem.

Lasery półprzewodnikowe typu P: Czysty kryształ krzemu powstaje przez zmieszanie pierwiastka trójwartościowego (takiego jak bor) zamiast atomów krzemu w sieci krystalicznej.

Nośniki większościowe: W półprzewodnikach typu P koncentracja dziur jest większa niż koncentracja wolnych elektronów, znanych jako nośniki większościowe lub w skrócie polinośniki.

Nośniki mniejszościowe: W półprzewodnikach typu P swobodne elektrony są nośnikami mniejszościowymi lub w skrócie nośnikami mniejszościowymi.

Atom akceptorowy: wakat w atomie zanieczyszczeń pochłania elektrony i jest nazywany atomem akceptorowym.

Charakterystyka przewodzenia półprzewodnika typu P: przewodzi prąd przez dziury. Im więcej dodanych zanieczyszczeń, tym większa koncentracja wielokątów (dziur) i silniejsza przewodność.

Lasery półprzewodnikowe typu N: Czysty kryształ krzemu powstaje przez zmieszanie pierwiastka pięciowartościowego (takiego jak fosfor) zamiast atomów krzemu w sieci krystalicznej.

Wiele elektronów: W półprzewodnikach typu N wiele elektronów to elektrony swobodne.

Mniejszość: W półprzewodnikach typu N mniejszość to dziura.

Atom donorowy: Atomy zanieczyszczeń, które mogą dostarczać elektrony, nazywane są atomami donorowymi.

Przewodnictwo półprzewodników typu N: Im więcej dodanych zanieczyszczeń, tym większa koncentracja wielokątów (swobodnych elektronów) i tym silniejsza przewodność.

Domieszkowanie laserów półprzewodnikowych

W zależności od dodatniego lub ujemnego ładunku materiału domieszkowanego materiał domieszkowany można podzielić na donory i akceptory. elektrony walencyjne (elektrony walencyjne) z atomów donorowych są elektronami walencyjnymi kowalencyjnymi z atomami materiału domieszkowanego, a zatem związanymi. Elektron, który nie jest związany kowalencyjnie z atomem materiału domieszkowanego, jest słabo związany z atomem donorowym, znanym również jako elektron donorowy.

W porównaniu z elektronami walencyjnymi w półprzewodnikach samoistnych energia wymagana przez elektrony donorowe do przejścia do pasma przewodnictwa jest mniejsza i łatwiej jest poruszać się w sieci materiałów półprzewodnikowych i generować prąd. Chociaż elektron donorowy zyskuje energię i przeskakuje do pasma przewodnictwa, nie pozostawia dziury elektrycznej, jak w półprzewodniku samoistnym, a atom donorowy zostaje utrwalony w sieci krystalicznej materiału półprzewodnikowego dopiero po utracie elektronu. Dlatego półprzewodnik, który uzyskuje nadmiar elektronów w celu zapewnienia przewodnictwa z powodu domieszkowania, nazywany jest półprzewodnikiem typu N, gdzie n oznacza elektrony naładowane ujemnie.

W przeciwieństwie do donora, gdy atom akceptora wejdzie do sieci półprzewodnikowej, ponieważ liczba elektronów walencyjnych jest mniejsza niż liczba elektronów w półprzewodniku, spowoduje to powstanie równoważnej pustki, a tę dodatkową lukę można uznać za elektryczną dziurę. Domieszkowany półprzewodnik nazywany jest półprzewodnikiem typu P, gdzie p oznacza dodatnio naładowane dziury.

Efekt domieszkowania ilustruje wewnętrzny półprzewodnik krzemu. Krzem ma cztery elektrony walencyjne, a materiały domieszkujące powszechnie stosowane w krzemie obejmują pierwiastki trójwartościowe i pięciowartościowe. Kiedy pierwiastki trójwartościowe z tylko trzema elektronami walencyjnymi, takie jak bor, są domieszkowane w półprzewodnikach krzemowych, bor pełni rolę akceptora, a półprzewodniki krzemowe domieszkowane borem są półprzewodnikami typu P. I odwrotnie, jeśli pierwiastki pięciowartościowe, takie jak fosfor (fosfor), są domieszkowane do półprzewodnika krzemowego, fosfor pełni rolę dawcy, a półprzewodnik krzemowy z domieszką fosforu staje się półprzewodnikiem typu N.

Materiał półprzewodnikowy może być domieszkowany donorem i akceptorem, a to, czy półprzewodnik jest typu N czy typu P, zależy od domieszkowanego półprzewodnika, akceptora wnosi większą koncentrację dziur lub donora większą koncentrację elektronów, to znaczy, co jest „nośnikiem większościowym” półprzewodnika. Przeciwieństwem przewoźnika większościowego jest przewoźnik mniejszościowy. Dla analizy zasady działania elementów półprzewodnikowych bardzo ważne jest zachowanie się kilku nośników w półprzewodnikach.

Dowiedz się więcej na ten temat z części 3

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakieś pomysły, możesz z nami porozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy podążać za naszym celem, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą obsługę.