האם אתה יודע על לייזרים מוליכים למחצה? (חלק 3)

לייזרים מוליכים למחצהמתאם חלק 3.

לייזר מוליכים למחצה יש בדרך כלל את המאפיינים של קל משקל, יעילות אפנון גבוהה, גודל קטן וכו', והוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים אזרחיים, צבאיים, רפואיים ואחרים. המחקר של לייזרים מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה החל בשנות ה-80 ומעולם לא הפסיק. עם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיית מוליכים למחצה וטכנולוגיית לייזר, הלייזר המוליך למחצה בעל הספק גבוה עשה התקדמות רבה בהיבטים של תפוקת הספק, המרת הספק ואמינות.

השפעת הסימום על המבנה

סימום רצועת האנרגיה של המוליך למחצה משתנה. בהתאם לסימום, יש רמות אנרגיה שונות בין פערי הרצועה של מוליכים למחצה מהותיים. האטום התורם יפיק רמת אנרגיה חדשה ליד פס ההולכה, בעוד האטום המקבל יפיק רמת אנרגיה חדשה ליד פס הערכיות. אם אטומי בורון מסוממים לסיליקון, הם מייננים מאטומי בורון מסוממים לסיליקון יכולים להיות מיוננים לחלוטין בטמפרטורת החדר מכיוון שרמת האנרגיה בין פס הערכיות בורון לסיליקון היא רק 0.045 אלקטרונים וולט, שהוא הרבה יותר קטן מפער האנרגיה של הסיליקון עצמו של 1.12 וולט אלקטרונים.

השפעה חשובה נוספת של דופנטים על מבנה הלהקה היא שינוי המיקום של רמת האנרגיה של פרמי. רמת האנרגיה של פרמי נשארת קבועה בשיווי משקל תרמי, ותכונה זו מובילה לתכונות חשמליות שימושיות רבות אחרות. לדוגמה, הפס של צומת pn יכול להתכופף מכיוון שרמות ה-Fermi של מוליך למחצה מסוג P ומוליך למחצה מסוג N נמצאות במיקומים שונים, אך רמות ה-Fermi חייבות להישאר באותו גובה כדי ליצור את צומת ה-pn. כתוצאה מכך, רצועת ההולכה או רצועת הערכיות של המוליך למחצה מסוג P או מסוג N יכופוף כך שיתאים להפרש הרצועה בצומת.

ניתן להסביר את ההשפעה שלעיל על ידי דיאגרמת פס. בתרשים פס, הציר האופקי מייצג את המיקום, והציר האנכי מייצג אנרגיה. רמת intrinsicFermi (רמת intrinsicFermi) של מוליך למחצה מתבטאת בדרך כלל ב-Ei. מפות פס הן כלי שימושי מאוד בפירוש ההתנהגות של רכיבי מוליכים למחצה.

הקשר בין מוליכים למחצה ומעגלים משולבים

מוליכים למחצה הם חומרים שתכונותיהם החשמליות נמצאות ביניים בין אלו של מוליכים ומבודדים. אנו יודעים שלמעגל יש תפקיד בעיקר בגלל הווריאציות השונות של הזרם בתוכו ושזרם נוצר בעיקר בגלל זרימה (תנועה/נדידה) של אלקטרונים בין מעגל המתכת לרכיבים האלקטרוניים. אז כמה קלות אלקטרונים עוברים בחומר קובעת את המוליכות שלו. בחומרי מתכת נפוצים בטמפרטורת החדר קל להשיג אלקטרונים אנרגיה כדי לנוע, ולכן תכונת המוליכה שלהם טובה; בשל מאפייני החומר עצמו, קשה לאלקטרונים להשיג את האנרגיה הדרושה להולכת חשמל. מעט אלקטרונים יכולים לנדוד בתוך המבודד, כך שהוא כמעט לא מוליך. חומרים מוליכים למחצה, לעומת זאת, נמצאים איפשהו באמצע, וניתן לשנות אותם על ידי הוספת זיהומים, שליטה מלאכותית באיזו קלות הוא מוליך חשמל או לא, ובאיזו קלות הוא מוליך חשמל. זה נקרא התכונה הניתנת לסימום של מוליכים למחצה.

כפי שנאמר בעבר, הבסיס של המעגל המשולב הוא הטרנזיסטור, המצאת הטרנזיסטור אפשרית ליצור את המעגל המשולב, והבסיס של הטרנזיסטור הוא המוליך למחצה, כך שהמוליך למחצה הוא גם הבסיס של המעגל המשולב. מוליכים למחצה הם למעגלים משולבים שקרקע היא לערים. ברור שהרים וגבעות אינם מתאימים לבניית ערים, ומקומות עם אדמה חולית ואבן גיר אינם מתאימים לבניית ערים. ה"בנייה" של עיר דורשת אתר טוב, ו"השילוב" של מעגל דורש את החומר הבסיסי הנכון -- מוליכים למחצה. חומרים מוליכים למחצה נפוצים הם סיליקון, גרמניום, גליום ארסניד (תרכובות), שביניהם ההצלחה המסחרית הנפוצה של הדחיפה "סיליקון".

אז למה מוליכים למחצה, וסיליקון בפרט, טובים לייצור מעגלים משולבים? ישנן מספר סיבות. הסיליקון הוא יסוד בשפע בקרום כדור הארץ, שני רק לחמצן. יש הרבה סיליקטים או סיליקה בטבע בסלעים ובחצץ, שזה העלות של חומרי גלם. קל לשלוט על הטבע שניתן לסימום של הסיליקון, מה שמקל על יצירת טרנזיסטורים המתאימים לדרישות, מסיבות של עקרונות המעגל. דו תחמוצת הסיליקון הנוצר מחמצון הסיליקון הוא יציב וניתן להשתמש בו כסרט בידוד מעולה הדרוש במכשירי מוליכים למחצה, וזו הסיבה למבנה המכשיר. נקודת המפתח היא התהליך המישורי של מעגלים משולבים, סיליקון קל יותר ליישום חמצון, ליתוגרפיה, דיפוזיה ותהליכים אחרים, קל יותר לשילוב, וביצועיו קל יותר לשלוט. לכן, הדברים הבאים מוצגים בעיקר על בסיס ידע במעגלים משולבים סיליקון, טרנזיסטור סיליקון והבנת תהליך מעגלים משולבים, יהיה קל יותר להבין בעיה זו.

בנוסף לעמידות, למוליכים למחצה יש גם רגישות תרמית, רגישות לאור, טמפרטורת התנגדות שלילית, יכולת מיחזור ומאפיינים נוספים, כך שמלבד ייצור מעגלים משולבים בקנה מידה גדול, חומרים מוליכים למחצה יכולים לשמש גם עבור התקני כוח, התקנים אופטו-אלקטרוניים, חיישני לחץ, קירור תרמו-אלקטרי, ומטרות אחרות; באמצעות טכנולוגיית המיקרו-עיבוד של מיקרו-אלקטרוניקה, ניתן להפוך אותו גם ל-MEMS (מערכת אלקטרונית מיקרו-מכאנית), שניתן להשתמש בה בתחומים אלקטרוניים ורפואיים.

ייצור חומרים מוליכים למחצה

על מנת לענות על צורכי הייצור ההמוני, התכונות החשמליות של המוליך למחצה חייבות להיות ניתנות לחיזוי ויציבות, ולכן יש להידרש בהחלט גם לטוהר הסימום וגם לאיכות מבנה הסריג של המוליך למחצה. בעיות איכות נפוצות כוללות נקע בסריג, תאומים או תקלות ערימה, המשפיעות על המאפיינים של חומרים מוליכים למחצה. עבור רכיב מוליכים למחצה, הפגמים של סריג החומר הם בדרך כלל הגורם העיקרי המשפיע על ביצועי הרכיב.

השיטה הנפוצה ביותר המשמשת לגידול חומרים מוליכים למחצה חד גבישיים בעלי טוהר גבוה נקראת תהליך צ'וקרלסקי. בתהליך זה, זרע של גביש בודד נשמט לתוך נוזל מומס מאותו חומר ונמשך לאט כלפי מעלה בתנועת סיבוב. כאשר הזרע נמשך למעלה, המומס מתמצק לאורך הממשק שבין המוצק לנוזל, והסיבוב משווה את הטמפרטורה של המומס.

יישום מוליכים למחצה

1. המוליך למחצה המעשי הראשון היה טרנזיסטור/דיודה. משמש כמגבר/מיישר אות במוליכים למחצה של רדיו וטלוויזיה.

2. לפתח אנרגיה סולארית, המשמשת גם בתאים סולאריים.

3. מוליכים למחצה יכולים לשמש למדידת טמפרטורה, טווח טמפרטורה יכול להגיע לייצור, חיים, בריאות רפואית, מחקר מדעי ויישומי הוראה של 70 אחוז מהשדה, עם דיוק ויציבות גבוהים, ברזולוציה של עד {{ 4}}.1 מעלות, אפילו עד 0.01 מעלות אינם בלתי אפשריים, לינאריות 0.2 אחוז, טווח טמפרטורה -100~ פלוס 300 מעלות, זהו אלמנט למדידת טמפרטורה חסכונית.

4. הפיתוח של מקררי מוליכים למחצה, הידועים גם כמקררים תרמו-אלקטריים או מקררים תרמו-אלקטריים, משתמשים באפקט Partier.

פרטי התקשרות:

אם יש לך רעיונות, אתה מוזמן לדבר איתנו. לא משנה היכן נמצאים הלקוחות שלנו ומהן הדרישות שלנו, אנו נפעל לפי המטרה שלנו לספק ללקוחותינו איכות גבוהה, מחירים נמוכים, והשירות הטוב ביותר.