Знаете ли вы о полупроводниковых лазерах? (Часть 2)

Полупроводниковые лазеры корреляция Часть 2.

Лазер является одним из основных компонентов современных систем лазерной обработки. С развитием технологии лазерной обработки лазер также постоянно развивается, появляется много новых лазеров.

Легированные полупроводниковые лазеры

Полупроводники широко используются в современном цифровом мире, потому что они могут изменять свои электрические свойства, добавляя примеси в свои кристаллические решетки — процесс, известный как легирование.

Примеси в полупроводниках оказывают существенное влияние на удельное сопротивление. При добавлении в полупроводник микропримеси периодическое потенциальное поле вблизи примесного атома нарушается и образуется дополнительное связанное состояние, в результате чего в запрещенной зоне появляется дополнительный примесный уровень. Например, когда атомы примеси, такие как фосфор, мышьяк и сурьма, добавляются в кристалл четвертичного элемента германия или кремния, атом примеси, как молекула решетки, имеет четыре из пяти своих валентных электронов, образующих ковалентную связь с окружающими. атом германия (или кремния), а лишний электрон связывается с атомом примеси, создавая водородоподобный энергетический уровень. Примесный уровень расположен над запрещенной зоной и вблизи дна зоны проводимости. Электроны на примесном уровне легко возбуждаются в зону проводимости как переносчики электронов. Примесь, которая обеспечивает перенос электрона, называется донором, а соответствующий энергетический уровень называется донорным уровнем.

Концентрация примесей и полярность собственных полупроводников имеют большое влияние на характеристики проводимости полупроводников. Легированный полупроводник называется внешним полупроводником.

Легированный полупроводник: примесный полупроводник получают в процессе диффузии путем смешивания небольшого количества подходящих примесных элементов с собственным полупроводником.

Полупроводниковые лазеры P-типа: Кристалл чистого кремния образуется путем смешивания трехвалентного элемента (например, бора) вместо атомов кремния в кристаллической решетке.

Основные носители: в полупроводниках P-типа концентрация дырок больше, чем концентрация свободных электронов, известных как основные носители или для краткости полиносители.

Неосновные носители: в полупроводниках P-типа свободные электроны являются неосновными носителями или, для краткости, неосновными носителями.

Акцепторный атом: вакансия в примесном атоме поглощает электроны и называется акцепторным атомом.

Проводящие характеристики полупроводника P-типа: он проводит электричество через дырки. Чем больше примесей добавляется, тем выше концентрация полигонов (дырок) и тем сильнее проводимость.

Полупроводниковые лазеры N-типа: Кристалл чистого кремния образуется путем смешивания пятивалентного элемента (например, фосфора) вместо атомов кремния в кристаллической решетке.

Много электронов: в полупроводниках N-типа многие электроны являются свободными электронами.

Меньшинство: в полупроводниках N-типа меньшинство составляют дырки.

Донорный атом: атомы примеси, которые могут вносить электроны, называются донорными атомами.

Проводимость полупроводников N-типа: чем больше примесей добавляется, тем выше концентрация полигонов (свободных электронов) и тем сильнее проводимость.

Легирование полупроводниковых лазеров

В зависимости от положительного или отрицательного заряда легированного материала легированный материал можно разделить на донорный и акцепторный. валентные электроны (валентные электроны) от донорных атомов являются валентными электронами, ковалентными атомам легированного материала и, таким образом, связанными. Электрон, который не связан ковалентно с атомом легированного материала, слабо связан с атомом-донором, также известным как донорный электрон.

По сравнению с валентными электронами в собственных полупроводниках энергия, необходимая донорным электронам для перехода в зону проводимости, ниже, и им легче двигаться в решетке полупроводниковых материалов и генерировать ток. Хотя донорный электрон набирает энергию и перескакивает в зону проводимости, он не оставляет электрической дырки, как в собственном полупроводнике, а донорный атом только фиксируется в кристаллической решетке полупроводникового материала после потери электрона. Поэтому полупроводник, который получает избыточные электроны для обеспечения проводимости из-за легирования, называется полупроводником N-типа, где n означает отрицательно заряженные электроны.

В отличие от донора, когда атом-акцептор входит в решетку полупроводника, поскольку число валентных электронов меньше, чем у атома полупроводника, он приносит с собой эквивалентную вакансию, и эту лишнюю вакансию можно рассматривать как электрическую дырку. Легированный полупроводник называется полупроводником P-типа, где p обозначает положительно заряженные дырки.

Эффект легирования иллюстрируется собственным полупроводником кремния. Кремний имеет четыре валентных электрона, а легирующие материалы, обычно используемые в кремнии, включают трехвалентные и пятивалентные элементы. При легировании в кремниевые полупроводники трехвалентных элементов, имеющих только три валентных электрона, таких как бор, бор играет роль акцептора, а кремниевые полупроводники, легированные бором, являются полупроводниками р-типа. И наоборот, если пятивалентные элементы, такие как фосфор (фосфор), легированы в кремниевый полупроводник, фосфор играет роль донора, а кремниевый полупроводник, легированный фосфором, становится полупроводником N-типа.

Полупроводниковый материал может быть легирован донором и акцептором, и как решить, является ли полупроводник N-типа или P-типа, зависит от легированного полупроводника, акцептор приносит более высокую концентрацию дырок или донор приносит более высокую концентрацию электронов, то есть, что является «основным носителем» полупроводника. Противоположностью основного носителя является неосновной носитель. Для анализа принципа работы полупроводниковых компонентов очень важно поведение некоторых носителей в полупроводниках.

Узнайте больше об этом из части 3

Контактная информация:

Если у вас есть какие-либо идеи, не стесняйтесь говорить с нами. Независимо от того, где находятся наши клиенты и каковы наши требования, мы будем следовать нашей цели, чтобы предоставить нашим клиентам высокое качество, низкие цены и лучший сервис.