האם אתה יודע על לייזרים מוליכים למחצה? (חלק 1)

1. לייזרים מוליכים למחצההַגדָרָה

בדרך כלל אנו קוראים לחומרים בעלי מוליכות חשמלית ירודה כגון פחם, גבישים מלאכותיים, ענבר וקרמיקה.מבודדים.

מתכות שמוליכות חשמל היטב, כגון זהב, כסף, נחושת, ברזל, פח ואלומיניום, נקראותמנצחים.

בטמפרטורת החדר נקראות תכונות המוליכות של חומרים בין מוליכים ומבודדיםמוליכים למחצה.

בהשוואה למוליכים ומבודדים, גילוי חומרים מוליכים למחצה היה מאוחר יחסית, ורק בשנות השלושים של המאה הקודמת, קיומם של מוליכים למחצה הוכר באמת על ידי הקהילה האקדמית כאשר טכניקות הטיהור של חומרים שופרו.

2. היסטוריית פיתוח

בשנת 1833, המדען הבריטי פאראדיי, אבי האלקטרוניקה, מצא לראשונה כי ההתנגדות של כסף גופרתי לשינוי בטמפרטורה שונה מזו של מתכות רגילות. בנסיבות רגילות, ההתנגדות של מתכות עולה עם עליית הטמפרטורה, אך ברדאי מצא שעמידותם של חומרי כסף גופרתי יורדת עם העלייה בטמפרטורה. זהו הגילוי הראשון של תופעת מוליכים למחצה.

בשנת 1839, בקאר הצרפתי גילה שצומת בין מוליך למחצה לאלקטרוליט מייצר מתח כאשר הוא נחשף לאור. זה נודע כאפקט הפוטו-וולטאי. זה היה המאפיין השני של מוליכים למחצה שהתגלה.

בשנת 1873 גילה סמית' מאנגליה את אפקט הפוטו-מוליכות של הגברת המוליכות של חומרי גביש סלניום תחת אור, שהוא מאפיין נוסף של מוליכים למחצה. למרות שארבעת ההשפעות הללו של מוליכים למחצה (שרידי אפקט הול -- גילוים של ארבע אפקטים קשורים) התגלו לפני 1880, המונח מוליך למחצה שימש לראשונה על ידי קוניברג ווייס כנראה ב-1911. זה היה רק ​​בדצמבר 1947 ש-Bell LABS השלימה את אפיון ארבעת המאפיינים של מוליכים למחצה.

ב-1874, בראון בגרמניה הבחין שמוליכה של גופרית כלשהי קשורה לכיוון השדה החשמלי המופעל, כלומר, ההולכה שלו היא כיוונית, וכאשר מופעל מתח קדימה לשני הקצוות, הוא מוליך; אם הקוטביות של המתח הופכת, הוא לא יוביל חשמל. זהו האפקט האינטגרלי של המוליך למחצה והמאפיין השלישי של המוליך למחצה. באותה שנה גילה שוסטר גם את אפקט המיישר של נחושת ותחמוצת נחושת.

אנשים רבים תוהים מדוע לקח כל כך הרבה זמן עד שמוליכים למחצה היו מוכרים. הסיבה העיקרית הייתה שהחומרים לא היו טהורים. ללא חומרים טובים, קשה להסביר בעיות רבות הקשורות לחומרים.

3. סיווג לייזרים מוליכים למחצה

ניתן לחלק את ההרכב הכימי למוליכים למחצה יסודות ולמוליכים למחצה מורכבים בשתי קטגוריות.

גרמניום וסיליקון משמשים בדרך כלל כמוליכים למחצה יסודיים; מוליכים למחצה מורכבים כוללים תרכובות קבוצת Ⅲ וⅤ (גליום ארסניד, גליום פוספיד וכו'), תרכובות קבוצה Ⅱ וⅥ (קדמיום גופרתי, אבץ גופרתי וכו'), תחמוצות (מנגן, כרום, ברזל, תחמוצות נחושת) ותמיסות מוצקות מורכב מתרכובות קבוצת ⅲ-ⅴ ותרכובות קבוצה ⅱ-ⅵ (גליום אלומיניום ארסן, גליום ארסן זרחן וכו').

על פי טכנולוגיית הייצור שלהם, מוליכים למחצה יכולים להיות מסווגים להתקני מעגל משולבים, התקנים בדידים, מוליכים למחצה פוטואלקטריים, לוגיסטיקה, אנלוגי, זיכרון ועוד קטגוריות. באופן כללי, אלה יחולקו לקטגוריות קטנות.

4. מאפיינים של לייזרים מוליכים למחצה

חמישה מאפיינים של מוליכים למחצה: סימום, רגישות תרמית, רגישות לאור, מאפייני טמפרטורת התנגדות שלילית ומאפייני מיישר.

במוליך למחצה היוצר מבנה גבישי, ניתן לשלוט על המוליכות החשמלית על ידי הוספה מלאכותית של יסודות זיהומים ספציפיים. במצב של קרינת אור וחום, המוליכות שלו משתנה כמובן.

5. עקרון הפעולה של לייזרים מוליכים למחצה

מוליך למחצה פנימי: מוליך למחצה שאינו מכיל זיהומים וללא פגמים בסריג נקרא מוליך למחצה מהותי. בטמפרטורות נמוכות במיוחד, פס הערכיות של המוליך למחצה הוא פס מלא. לאחר עירור תרמי, חלק מהאלקטרונים ברצועת הערכיות יחצו את הרצועה האסורה ויכנסו לרצועה הריקה באנרגיה גבוהה יותר. רצועת ההולכה הופכת לאחר נוכחות אלקטרונים ברצועה הריקה, והיעדר אלקטרון ברצועת הערכיות יוצר פנוי טעון חיובי, הנקרא חור.

הולכת חור אינה תנועה ממשית, אלא מקבילה. כאשר אלקטרון מוליך חשמל, חורים בעלי מטען שווה נעים בכיוון ההפוך. הם יוצרים תנועה כיוונית בפעולת שדה חשמלי חיצוני ויוצרים זרם מקרוסקופי, הנקרא הולכת אלקטרונים והולכת חור בהתאמה.

סוג זה של הולכה היברידית עקב יצירת זוגות אלקטרונים-חור נקרא הולכה פנימית. האלקטרונים ברצועת ההולכה ייפלו לתוך החור וצמד האלקטרון-חור ייעלם, מה שנקרא רקומבינציה. האנרגיה המשתחררת במהלך הרקומבינציה הופכת לקרינה אלקטרומגנטית (זוהר) או אנרגיית רטט תרמית (חימום) של הסריג. בטמפרטורה מסוימת, היצירה והשילוב מחדש של זוגות אלקטרונים-חור מתקיימים בו-זמנית ומגיעים לשיווי משקל דינמי. בשלב זה, למוליך למחצה יש צפיפות נשא מסוימת ולכן יש לו התנגדות מסוימת. ככל שהטמפרטורה עולה, נוצרים יותר זוגות אלקטרונים-חורים, צפיפות הנשא עולה וההתנגדות יורדת. מוליכים למחצה טהורים ללא פגמי סריג בעלי התנגדות גבוהה ומעט יישומים מעשיים.

אנא עברו לחלק 2 למידע נוסף

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.