क्या आप सेमीकंडक्टर लेज़रों के बारे में जानते हैं? (भाग 3)

सेमीकंडक्टर लेजरसहसंबंध भाग 3।

सेमीकंडक्टर लेजर में आमतौर पर हल्के, उच्च मॉड्यूलेशन दक्षता, छोटे आकार आदि की विशेषताएं होती हैं, और इसका व्यापक रूप से नागरिक, सैन्य, चिकित्सा और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। उच्च-शक्ति अर्धचालक लेज़रों का अनुसंधान 1980 के दशक में शुरू हुआ और कभी बंद नहीं हुआ। अर्धचालक प्रौद्योगिकी और लेजर प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के साथ, उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर ने बिजली उत्पादन, बिजली रूपांतरण और विश्वसनीयता के पहलुओं में काफी प्रगति की है।

संरचना पर डोपिंग का प्रभाव

डोपिंग करने से सेमीकंडक्टर का एनर्जी बैंड बदल जाता है। डोपिंग के आधार पर, आंतरिक अर्धचालकों के बैंड अंतराल के बीच विभिन्न ऊर्जा स्तर होते हैं। दाता परमाणु चालन बैंड के पास एक नया ऊर्जा स्तर उत्पन्न करेगा, जबकि प्राप्तकर्ता परमाणु वैलेंस बैंड के पास एक नया ऊर्जा स्तर उत्पन्न करेगा। यदि बोरॉन परमाणुओं को सिलिकॉन में डोप किया जाता है, तो वे सिलिकॉन में डोप किए गए बोरॉन परमाणुओं के आयनीकरण को कमरे के तापमान पर पूरी तरह से आयनित कर सकते हैं क्योंकि बोरॉन और सिलिकॉन वैलेंस बैंड के बीच ऊर्जा का स्तर केवल 0.045 इलेक्ट्रॉन वोल्ट है, जो बहुत छोटा है 1.12 इलेक्ट्रॉन वोल्ट के सिलिकॉन के ऊर्जा अंतराल की तुलना में।

बैंड संरचना पर डोपेंट का एक अन्य महत्वपूर्ण प्रभाव फर्मी ऊर्जा स्तर की स्थिति को बदलना है। फर्मी ऊर्जा स्तर तापीय संतुलन में स्थिर रहता है, और यह संपत्ति कई अन्य उपयोगी विद्युत गुणों की ओर ले जाती है। उदाहरण के लिए, पीएन जंक्शन का बैंड झुक सकता है क्योंकि पी-टाइप सेमीकंडक्टर और एन-टाइप सेमीकंडक्टर के फर्मी स्तर अलग-अलग स्थिति में हैं, लेकिन पीएन जंक्शन बनाने के लिए फर्मी स्तर समान ऊंचाई पर रहना चाहिए। नतीजतन, पी-टाइप या एन-टाइप सेमीकंडक्टर का कंडक्शन बैंड या वैलेंस बैंड जंक्शन पर बैंड अंतर से मेल खाने के लिए झुक जाएगा।

उपरोक्त प्रभाव को एक बैंड आरेख द्वारा समझाया जा सकता है। एक बैंड चार्ट पर, क्षैतिज अक्ष स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है, और ऊर्ध्वाधर अक्ष ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है। अर्धचालक का आंतरिक फर्मी स्तर (आंतरिक फर्मी स्तर) आमतौर पर ईआई में व्यक्त किया जाता है। सेमीकंडक्टर घटकों के व्यवहार की व्याख्या करने में बैंड मैप एक बहुत ही उपयोगी उपकरण है।

अर्धचालक और एकीकृत परिपथों के बीच संबंध

सेमीकंडक्टर वे पदार्थ होते हैं जिनके विद्युत गुण कंडक्टर और इंसुलेटर के बीच मध्यवर्ती होते हैं। हम जानते हैं कि एक सर्किट में मुख्य रूप से करंट की विभिन्न विविधताओं के कारण एक फंक्शन होता है और यह करंट मुख्य रूप से मेटल सर्किट और इलेक्ट्रॉनिक घटकों के बीच इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह (गति/माइग्रेशन) के कारण बनता है। तो किसी सामग्री के माध्यम से इलेक्ट्रॉन कितनी आसानी से चलते हैं, इसकी चालकता निर्धारित करती है। सामान्य धातु सामग्री में कमरे के तापमान पर इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने के लिए ऊर्जा प्राप्त करना आसान होता है, इसलिए उनकी प्रवाहकीय संपत्ति अच्छी होती है; सामग्री की ही विशेषताओं के कारण, इलेक्ट्रॉनों के लिए विद्युत संचालन के लिए आवश्यक ऊर्जा प्राप्त करना कठिन होता है। कुछ इलेक्ट्रॉन इन्सुलेटर के अंदर माइग्रेट कर सकते हैं, इसलिए यह लगभग गैर-प्रवाहकीय है। दूसरी ओर, अर्धचालक सामग्री, बीच में कहीं हैं, और अशुद्धियों को जोड़कर बदला जा सकता है, कृत्रिम रूप से यह नियंत्रित करता है कि यह कितनी आसानी से बिजली का संचालन करता है या नहीं, और यह कितनी आसानी से बिजली का संचालन करता है। इसे अर्धचालकों का डोपेबल गुण कहा जाता है।

जैसा कि पहले कहा गया है, एकीकृत परिपथ का आधार ट्रांजिस्टर है, ट्रांजिस्टर का आविष्कार एकीकृत परिपथ बनाने के लिए संभव है, और ट्रांजिस्टर का आधार अर्धचालक है, इसलिए अर्धचालक भी एकीकृत परिपथ का आधार है। अर्धचालक एकीकृत परिपथों के लिए हैं जो भूमि शहरों के लिए है। जाहिर है, पहाड़ और पहाड़ियाँ शहरों के निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं हैं, और रेतीली मिट्टी और चूना पत्थर वाले स्थान शहरों के निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं हैं। एक शहर के "भवन" के लिए एक अच्छी साइट की आवश्यकता होती है, और एक सर्किट के "एकीकरण" के लिए सही बुनियादी सामग्री -- अर्धचालकों की आवश्यकता होती है। आम अर्धचालक सामग्री सिलिकॉन, जर्मेनियम, गैलियम आर्सेनाइड (यौगिक) हैं, जिनमें से व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले, पुश "सिलिकॉन" की व्यावसायिक सफलता।

तो अर्धचालक और विशेष रूप से सिलिकॉन एकीकृत परिपथ बनाने के लिए अच्छे क्यों हैं? कई कारण हैं। सिलिकॉन पृथ्वी की पपड़ी में एक प्रचुर मात्रा में तत्व है, जो ऑक्सीजन के बाद दूसरा है। चट्टानों और बजरी में प्रकृति में बड़ी मात्रा में सिलिकेट्स या सिलिका हैं, जो कच्चे माल की लागत है। सिलिकॉन की डोपेबल प्रकृति को नियंत्रित करना आसान है, जिससे सर्किट सिद्धांत के कारणों से ट्रांजिस्टर बनाना आसान हो जाता है जो आवश्यकताओं को पूरा करता है। सिलिकॉन के ऑक्सीकरण द्वारा गठित सिलिकॉन डाइऑक्साइड स्थिर है और अर्धचालक उपकरणों में आवश्यक एक उत्कृष्ट इन्सुलेट फिल्म के रूप में उपयोग किया जा सकता है, जो डिवाइस संरचना का कारण है। मुख्य बिंदु एकीकृत परिपथों की प्लानर प्रक्रिया है, सिलिकॉन ऑक्सीकरण, लिथोग्राफी, प्रसार और अन्य प्रक्रियाओं को लागू करना आसान है, एकीकृत करना आसान है, और इसके प्रदर्शन को नियंत्रित करना आसान है। इसलिए, निम्नलिखित मुख्य रूप से सिलिकॉन एकीकृत सर्किट ज्ञान, सिलिकॉन ट्रांजिस्टर और एकीकृत सर्किट प्रक्रिया समझ के आधार पर पेश किए गए हैं, इस समस्या को समझना आसान होगा।

स्थायित्व के अलावा, अर्धचालक में तापीय संवेदनशीलता, प्रकाश संवेदनशीलता, नकारात्मक प्रतिरोधकता तापमान, पुनर्चक्रण और अन्य विशेषताएं भी होती हैं, इसलिए बड़े पैमाने पर एकीकृत परिपथों के निर्माण के अलावा, अर्धचालक सामग्री का उपयोग बिजली उपकरणों, ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों, दबाव सेंसर, के लिए भी किया जा सकता है। थर्मोइलेक्ट्रिक प्रशीतन, और अन्य उद्देश्य; माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक की माइक्रोमशीनिंग तकनीक का उपयोग करके इसे एमईएमएस (माइक्रोमैकेनिकल इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम) में भी बनाया जा सकता है, जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक और चिकित्सा क्षेत्रों में किया जा सकता है।

अर्धचालक पदार्थों का निर्माण

बड़े पैमाने पर उत्पादन की जरूरतों को पूरा करने के लिए, सेमीकंडक्टर के विद्युत गुणों को अनुमानित और स्थिर होना चाहिए, इसलिए डोपिंग की शुद्धता और सेमीकंडक्टर जाली संरचना की गुणवत्ता दोनों की सख्त आवश्यकता होनी चाहिए। सामान्य गुणवत्ता की समस्याओं में अर्धचालक सामग्री की विशेषताओं को प्रभावित करने वाले जाली, जुड़वाँ, या स्टैकिंग दोषों में अव्यवस्था शामिल है। अर्धचालक घटक के लिए, सामग्री जाली के दोष आमतौर पर घटक के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक होते हैं।

उच्च शुद्धता वाले एकल-क्रिस्टल सेमीकंडक्टर सामग्री को विकसित करने के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे आम विधि को ज़ोक्राल्स्की प्रक्रिया कहा जाता है। इस प्रक्रिया में एक ही क्रिस्टल के बीज को उसी पदार्थ के घुले हुए तरल में गिराया जाता है और धीरे-धीरे ऊपर की ओर एक घूर्णन गति में खींचा जाता है। जैसे ही बीज को ऊपर खींचा जाता है, विलेय ठोस और तरल के बीच इंटरफेस के साथ जम जाता है, और घुमाव विलेय के तापमान को बराबर कर देता है।

सेमीकंडक्टर आवेदन

1. पहला व्यावहारिक अर्धचालक एक ट्रांजिस्टर/डायोड था। रेडियो और टेलीविजन सेमीकंडक्टर्स में सिग्नल एम्पलीफायर / रेक्टिफायर के रूप में उपयोग किया जाता है।

2. सौर ऊर्जा विकसित करें, जिसका उपयोग सौर सेल में भी किया जाता है।

3. अर्धचालकों का उपयोग तापमान को मापने के लिए किया जा सकता है, तापमान सीमा उत्पादन, जीवन, चिकित्सा स्वास्थ्य, वैज्ञानिक अनुसंधान, और क्षेत्र के 7 0 प्रतिशत के शिक्षण अनुप्रयोगों तक पहुंच सकती है, उच्च सटीकता और स्थिरता के साथ, {{ 4}}.1 डिग्री, 0 तक भी। 01 डिग्री असंभव नहीं है, रैखिकता 0.2 प्रतिशत, तापमान सीमा -100 ~ प्लस 300 डिग्री, यह एक लागत प्रभावी तापमान मापने वाला तत्व है।

4. सेमीकंडक्टर रेफ्रिजरेटर का विकास, जिसे थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर या थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर के रूप में भी जाना जाता है, पार्टियर प्रभाव का उपयोग करता है।

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