Ali poznate polprevodniške laserje? (3. del)

Polprevodniški laserjikorelacija 3. del.

Polprevodniški laser ima na splošno značilnosti lahkega, visokega modulacijskega izkoristka, majhne velikosti itd., in se pogosto uporablja v civilnih, vojaških, medicinskih in drugih področjih. Raziskave visokozmogljivih polprevodniških laserjev so se začele v osemdesetih letih prejšnjega stoletja in se nikoli niso ustavile. Z nenehnim razvojem polprevodniške tehnologije in laserske tehnologije je polprevodniški laser velike moči dosegel velik napredek v vidikih izhodne moči, pretvorbe moči in zanesljivosti.

Učinek dopinga na strukturo

Dopiranje energijskega pasu polprevodnika se spremeni. Odvisno od dopinga obstajajo različne energijske ravni med pasovnimi vrzelmi intrinzičnih polprevodnikov. Donorski atom bo proizvedel novo energijsko raven blizu prevodnega pasu, medtem ko bo prejemni atom proizvedel novo energijsko raven blizu valenčnega pasu. Če so atomi bora dopirani v silicij, ionizirajo atome bora, dopirane v silicij, se lahko popolnoma ionizirajo pri sobni temperaturi, ker je raven energije med valenčnim pasom bora in silicija samo 0,045 elektronvoltov, kar je veliko manj kot energijska vrzel samega silicija 1,12 elektronvolta.

Drug pomemben učinek dopantov na pasovno strukturo je sprememba položaja Fermijevega energijskega nivoja. Raven Fermijeve energije ostane konstantna v toplotnem ravnovesju in ta lastnost vodi do številnih drugih uporabnih električnih lastnosti. Pas pn-spojnice se lahko na primer upogne, ker sta Fermijevi nivoji polprevodnika tipa P in polprevodnika N-tipa na različnih položajih, vendar morajo Fermijevi nivoji ostati na isti višini, da tvorijo pn-spoj. Posledično bo prevodni pas ali valenčni pas polprevodnika tipa P ali N upognjen, da bo ustrezal razliki pasov na stičišču.

Zgornji učinek je mogoče pojasniti s pasovnim diagramom. Na pasovnem grafikonu vodoravna os predstavlja položaj, navpična os pa energijo. intrinzični Fermijev nivo (intrinsicFermi level) polprevodnika je običajno izražen v Ei. Pasovne karte so zelo uporabno orodje pri interpretaciji obnašanja polprevodniških komponent.

Razmerje med polprevodniki in integriranimi vezji

Polprevodniki so materiali, katerih električne lastnosti so vmesne med lastnostmi prevodnikov in izolatorjev. Vemo, da ima vezje funkcijo predvsem zaradi različnih variacij toka v njem in da tok nastane predvsem zaradi pretoka (gibanja/migracije) elektronov med kovinskim vezjem in elektronskimi komponentami. Kako enostavno se elektroni premikajo skozi material, je torej odvisno od njegove prevodnosti. V običajnih kovinskih materialih pri sobni temperaturi je elektronom enostavno pridobiti energijo za premikanje, zato je njihova prevodnost dobra; Zaradi lastnosti samega materiala elektroni težko pridobijo energijo, potrebno za prevajanje električnega toka. Malo elektronov lahko migrira znotraj izolatorja, zato je skoraj neprevoden. Polprevodniški materiali pa so nekje vmes in jih je mogoče spremeniti z dodajanjem nečistoč, umetnim nadzorom nad tem, kako zlahka prevajajo elektriko ali ne in kako zlahka prevajajo elektriko. To se imenuje dopable lastnost polprevodnikov.

Kot je bilo že rečeno, je osnova integriranega vezja tranzistor, z izumom tranzistorja je mogoče ustvariti integrirano vezje, osnova tranzistorja pa je polprevodnik, zato je polprevodnik tudi osnova integriranega vezja. Polprevodniki so za integrirana vezja tisto, kar je zemlja za mesta. Očitno gore in hribi niso primerni za gradnjo mest, kraji s peščenimi tlemi in apnencem pa niso primerni za gradnjo mest. »Gradnja« mesta zahteva dobro lokacijo, »integracija« vezja pa pravi osnovni material -- polprevodnike. Običajni polprevodniški materiali so silicij, germanij, galijev arzenid (spojine), med katerimi je široko uporabljen komercialni uspeh potisnega "silicija".

Zakaj so torej polprevodniki, še posebej silicij, dobri za izdelavo integriranih vezij? Razlogov je več. Silicij je v zemeljski skorji bogat element, takoj za kisikom. Silikatov ali kremena je v naravi veliko v kamninah in prodah, kar je strošek surovin. Dopable naravo silicija je enostavno nadzorovati, kar olajša izdelavo tranzistorjev, ki ustrezajo zahtevam, zaradi načela vezja. Silicijev dioksid, ki nastane z oksidacijo silicija, je stabilen in se lahko uporablja kot odličen izolacijski film, potreben v polprevodniških napravah, kar je razlog za strukturo naprave. Ključna točka je ravninski proces integriranih vezij, silicij je lažje izvajati oksidacijo, litografijo, difuzijo in druge postopke, lažje ga je integrirati in njegovo delovanje je lažje nadzorovati. Zato je naslednje predstavljeno predvsem na podlagi znanja o silicijevem integriranem vezju, silicijevem tranzistorju in razumevanju procesa integriranega vezja, zato bo lažje razumeti to težavo.

Poleg vzdržljivosti ima polprevodnik tudi toplotno občutljivost, fotoobčutljivost, temperaturo negativnega upora, možnost recikliranja in druge lastnosti, zato se lahko polprevodniški materiali poleg izdelave velikih integriranih vezij uporabljajo tudi za napajalne naprave, optoelektronske naprave, tlačne senzorje, termoelektrično hlajenje in druge namene; Z uporabo mikroobdelovalne tehnologije mikroelektronike ga je mogoče izdelati tudi v MEMS (mikromehanski elektronski sistem), ki se lahko uporablja na elektronskem in medicinskem področju.

Proizvodnja polprevodniških materialov

Da bi zadostili potrebam množične proizvodnje, morajo biti električne lastnosti polprevodnika predvidljive in stabilne, zato je treba strogo zahtevati čistost dopinga in kakovost mrežne strukture polprevodnika. Pogoste težave s kakovostjo vključujejo dislokacije v mreži, dvojčke ali napake zlaganja, ki vplivajo na lastnosti polprevodniških materialov. Za polprevodniško komponento so napake rešetke materiala običajno glavni dejavnik, ki vpliva na delovanje komponente.

Najpogostejša metoda, ki se uporablja za gojenje enokristalnih polprevodniških materialov visoke čistosti, se imenuje postopek Czochralski. V tem procesu se seme posameznega kristala spusti v raztopljeno tekočino iz istega materiala in počasi potegne navzgor z vrtljivim gibanjem. Ko se seme potegne navzgor, se topljenec strdi vzdolž meje med trdno snovjo in tekočino, vrtenje pa izenači temperaturo topljenca.

Uporaba polprevodnikov

1. Prvi praktični polprevodnik je bil tranzistor/dioda. Uporablja se kot ojačevalnik/usmernik signala v radijskih in televizijskih polprevodnikih.

2. Razviti sončno energijo, ki se uporablja tudi v sončnih celicah.

3. Polprevodnike je mogoče uporabiti za merjenje temperature, temperaturno območje lahko doseže proizvodnjo, življenje, zdravstveno zdravje, znanstvene raziskave in aplikacije za poučevanje 70 odstotkov področja, z visoko natančnostjo in stabilnostjo, ločljivostjo do {{ 4}}.1 stopinja, tudi do 0.01 stopinja ni nemogoča, linearnost 0,2 odstotka, temperaturno območje -100~ plus 300 stopinj. To je stroškovno učinkovit element za merjenje temperature.

4. Razvoj polprevodniških hladilnikov, znanih tudi kot termoelektrični hladilniki ali termoelektrični hladilniki, uporablja Partierjev učinek.

Kontaktni podatki:

Če imate kakršne koli ideje, se obrnite na nas. Ne glede na to, kje so naše stranke in kakšne so naše zahteve, bomo sledili svojemu cilju, da našim strankam zagotovimo visoko kakovost, nizke cene in najboljšo storitev.