क्या आप सेमीकंडक्टर लेज़रों के बारे में जानते हैं? (भाग 1)

1. सेमीकंडक्टर लेजरपरिभाषा

हम आमतौर पर उन सामग्रियों को कहते हैं जिनमें खराब विद्युत चालकता होती है जैसे कोयला, कृत्रिम क्रिस्टल, एम्बर और सिरेमिकरोधक.

वे धातुएँ जो विद्युत का सुचालक होती हैं, जैसे सोना, चाँदी, ताँबा, लोहा, टिन और एल्युमीनियम कहलाती हैंकंडक्टर.

कमरे के तापमान पर, कंडक्टर और इंसुलेटर के बीच सामग्री के प्रवाहकीय गुण कहलाते हैंअर्धचालक.

कंडक्टरों और इंसुलेटरों की तुलना में, सेमीकंडक्टर सामग्रियों की खोज अपेक्षाकृत देर से हुई थी, और यह 1930 के दशक तक नहीं था कि अर्धचालकों के अस्तित्व को शैक्षणिक समुदाय द्वारा सही मायने में मान्यता दी गई थी जब सामग्रियों की शुद्धि तकनीकों में सुधार किया गया था।

2. विकास का इतिहास

1833 में, इलेक्ट्रॉनिक्स के जनक, ब्रिटिश वैज्ञानिक फैराडे ने पहली बार पाया कि तापमान में बदलाव के लिए सिल्वर सल्फाइड का प्रतिरोध सामान्य धातुओं से अलग है। सामान्य परिस्थितियों में, तापमान में वृद्धि के साथ धातुओं का प्रतिरोध बढ़ता है, लेकिन बरदेई ने पाया कि तापमान में वृद्धि के साथ सिल्वर सल्फाइड सामग्री का प्रतिरोध कम हो जाता है। यह अर्धचालक परिघटना की पहली खोज है।

1839 में, फ्रांस के बेकरेल ने पाया कि अर्धचालक और इलेक्ट्रोलाइट के बीच एक जंक्शन प्रकाश के संपर्क में आने पर वोल्टेज पैदा करता है। इसे फोटोवोल्टिक प्रभाव के रूप में जाना जाने लगा। यह अर्धचालकों की दूसरी विशेषता थी जिसे खोजा गया था।

1873 में, इंग्लैंड के स्मिथ ने प्रकाश के तहत सेलेनियम क्रिस्टल सामग्री की चालकता बढ़ाने के फोटोकंडक्शन प्रभाव की खोज की, जो अर्धचालकों की एक और विशेषता है। हालांकि सेमीकंडक्टर्स के इन चार प्रभावों (हॉल इफेक्ट के अवशेष -- चार संबंधित प्रभावों की खोज) की खोज 1880 से पहले की गई थी, सेमीकंडक्टर शब्द का पहली बार इस्तेमाल कोनीबर्ग और वीस ने शायद 1911 में किया था। यह दिसंबर 1947 तक नहीं था कि बेल एलएबीएस ने सेमीकंडक्टर्स के चार गुणों के लक्षण वर्णन को पूरा किया।

1874 में, जर्मनी में ब्रौन ने देखा कि कुछ सल्फाइड का संचालन लागू विद्युत क्षेत्र की दिशा से संबंधित है, अर्थात इसका चालन दिशात्मक है, और जब दोनों सिरों पर एक आगे वोल्टेज लगाया जाता है, तो यह प्रवाहकीय होता है; यदि वोल्टेज की ध्रुवता उलट दी जाती है, तो यह बिजली का संचालन नहीं करेगा। यह अर्धचालक का अभिन्न प्रभाव है और अर्धचालक की तीसरी विशेषता है। उसी वर्ष, शूस्टर ने कॉपर और कॉपर ऑक्साइड के दिष्टकारी प्रभाव की भी खोज की।

बहुत से लोग आश्चर्य करते हैं कि अर्धचालकों को पहचानने में इतना समय क्यों लगा। मुख्य कारण यह था कि सामग्री शुद्ध नहीं थी। अच्छी सामग्री के बिना, सामग्री संबंधी कई समस्याओं की व्याख्या करना कठिन है।

3. सेमीकंडक्टर लेजर वर्गीकरण

रासायनिक संरचना को तत्व अर्धचालक और यौगिक अर्धचालक दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है।

जर्मेनियम और सिलिकॉन आमतौर पर मौलिक अर्धचालकों के रूप में उपयोग किए जाते हैं; यौगिक अर्धचालकों में समूह Ⅲ और Ⅴ यौगिक (गैलियम आर्सेनाइड, गैलियम फॉस्फाइड, आदि), समूह Ⅱ और Ⅵ यौगिक (कैडमियम सल्फाइड, जिंक सल्फाइड, आदि), ऑक्साइड (मैंगनीज, क्रोमियम, लोहा, तांबा ऑक्साइड), और ठोस समाधान शामिल हैं। समूह ⅲ-ⅴ यौगिकों और समूह ⅱ-ⅵ यौगिकों (गैलियम एल्यूमीनियम आर्सेनिक, गैलियम आर्सेनिक फॉस्फोरस, आदि) से बना है।

उनकी निर्माण तकनीक के अनुसार, सेमीकंडक्टर्स को इंटीग्रेटेड सर्किट डिवाइस, असतत डिवाइस, फोटोइलेक्ट्रिक सेमीकंडक्टर्स, लॉजिस्टिक्स, एनालॉजिक, मेमोरी और अन्य श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है। सामान्यतया, इन्हें छोटी श्रेणियों में विभाजित किया जाएगा।

4. सेमीकंडक्टर लेजर के लक्षण

सेमीकंडक्टर्स की पांच विशेषताएं: डोपिंग, थर्मल सेंसिटिविटी, फोटो सेंसिटिविटी, नेगेटिव रेसिस्टिविटी टेम्परेचर कैरेक्टर और रेक्टिफायर कैरेक्टर।

एक क्रिस्टल संरचना बनाने वाले अर्धचालक में, विशिष्ट अशुद्धता तत्वों को कृत्रिम रूप से जोड़कर विद्युत चालकता को नियंत्रित किया जा सकता है। प्रकाश और ऊष्मा विकिरण की स्थिति में, इसकी चालकता स्पष्ट रूप से बदल जाती है।

5. सेमीकंडक्टर लेज़रों का संचालन सिद्धांत

आंतरिक अर्धचालक: एक अर्धचालक जिसमें कोई अशुद्धियाँ नहीं होती हैं और कोई जाली दोष नहीं होता है, एक आंतरिक अर्धचालक कहलाता है। अत्यंत कम तापमान पर सेमीकंडक्टर का वैलेंस बैंड फुल बैंड होता है। थर्मल उत्तेजना के बाद, वैलेंस बैंड में इलेक्ट्रॉनों का हिस्सा वर्जित बैंड को पार करेगा और उच्च ऊर्जा वाले खाली बैंड में प्रवेश करेगा। कंडक्शन बैंड खाली बैंड में इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के बाद बन जाता है, और वैलेंस बैंड में एक इलेक्ट्रॉन की कमी से एक सकारात्मक चार्ज रिक्ति बनती है, जिसे छेद कहा जाता है।

होल चालन वास्तविक गति नहीं है, बल्कि एक समतुल्य है। जब एक इलेक्ट्रॉन विद्युत का संचालन करता है, तो समान आवेश वाले छिद्र विपरीत दिशा में गति करते हैं। वे एक बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत दिशात्मक गति उत्पन्न करते हैं और मैक्रोस्कोपिक करंट बनाते हैं, जिन्हें क्रमशः इलेक्ट्रॉन चालन और छिद्र चालन कहा जाता है।

इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्मों के उत्पन्न होने के कारण इस प्रकार के संकर चालन को आंतरिक चालन कहा जाता है। चालन बैंड में इलेक्ट्रॉन छेद में गिर जाएंगे और इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी गायब हो जाएगी, जिसे पुनर्संयोजन कहा जाता है। पुनर्संयोजन के दौरान जारी ऊर्जा जाली के विद्युत चुम्बकीय विकिरण (ल्यूमिनेसेंस) या थर्मल कंपन ऊर्जा (हीटिंग) बन जाती है। एक निश्चित तापमान पर, इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्मों की उत्पत्ति और पुनर्संयोजन एक ही समय में मौजूद होते हैं और गतिशील संतुलन तक पहुँचते हैं। इस समय, अर्धचालक का एक निश्चित वाहक घनत्व होता है और इस प्रकार एक निश्चित प्रतिरोधकता होती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अधिक इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े उत्पन्न होते हैं, वाहक घनत्व बढ़ता है और प्रतिरोधकता कम हो जाती है। जाली दोषों के बिना शुद्ध अर्धचालकों में उच्च प्रतिरोधकता और कुछ व्यावहारिक अनुप्रयोग होते हैं।

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