คุณรู้เกี่ยวกับเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์หรือไม่ (ตอนที่ 2)

เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ ความสัมพันธ์ ตอนที่ 2

เลเซอร์เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักที่สำคัญในระบบการตัดเฉือนด้วยเลเซอร์สมัยใหม่ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ เลเซอร์ก็พัฒนาอย่างต่อเนื่อง มีเลเซอร์ใหม่ๆ มากมาย

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เจือ

เซมิคอนดักเตอร์ถูกใช้อย่างแพร่หลายในโลกดิจิทัลปัจจุบัน เนื่องจากสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้าได้โดยการใส่สิ่งเจือปนเข้าไปในโครงตาข่ายคริสตัล ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการเติมสารกึ่งตัวนำ

สิ่งเจือปนในเซมิคอนดักเตอร์มีผลอย่างมากต่อสภาพต้านทาน เมื่อมีการเพิ่มสิ่งเจือปนที่ติดตามไปยังเซมิคอนดักเตอร์ สนามศักย์เป็นระยะที่อยู่ใกล้กับอะตอมของสิ่งเจือปนจะถูกรบกวนและเกิดสถานะผูกพันเพิ่มเติม ส่งผลให้ระดับสิ่งเจือปนเพิ่มเติมในช่องว่างแถบ ตัวอย่างเช่น เมื่ออะตอมของสิ่งเจือปน เช่น ฟอสฟอรัส สารหนู และพลวงถูกเติมเข้าไปในธาตุควอเทอร์นารีเจอร์เมเนียมหรือผลึกซิลิคอน อะตอมของสิ่งเจือปนที่เป็นโมเลกุลของแลตทิซมีอิเล็กตรอนสี่ในห้าตัวสร้างพันธะโคเวเลนต์กับสิ่งรอบๆ อะตอมของเจอร์เมเนียม (หรือซิลิกอน) และอิเล็กตรอนส่วนเกินจับกับอะตอมของสารเจือปน ทำให้เกิดระดับพลังงานคล้ายไฮโดรเจน ระดับสิ่งเจือปนอยู่เหนือแถบต้องห้ามและใกล้กับด้านล่างของแถบการนำไฟฟ้า อิเล็กตรอนที่ระดับสิ่งเจือปนจะตื่นเต้นกับแถบการนำไฟฟ้าได้ง่ายในฐานะพาหะของอิเล็กตรอน สิ่งเจือปนที่ให้พาหะอิเล็กตรอนเรียกว่าผู้บริจาค และระดับพลังงานที่สอดคล้องกันเรียกว่าระดับผู้บริจาค

ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนและขั้วของสารกึ่งตัวนำภายในมีอิทธิพลอย่างมากต่อลักษณะการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำ สารกึ่งตัวนำเจือเรียกว่าสารกึ่งตัวนำภายนอก

สารกึ่งตัวนำเจือ: สารกึ่งตัวนำที่ไม่บริสุทธิ์ได้มาจากกระบวนการแพร่โดยการผสมองค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ที่เหมาะสมจำนวนเล็กน้อยเข้ากับสารกึ่งตัวนำภายใน

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ชนิด P: ผลึกซิลิกอนบริสุทธิ์เกิดจากการผสมธาตุไตรวาเลนต์ (เช่น โบรอน) เข้าแทนที่อะตอมของซิลิกอนในโครงผลึก

พาหะส่วนใหญ่: ในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P ความเข้มข้นของโฮลจะมากกว่าความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระ หรือเรียกสั้นๆ ว่าพาหะส่วนใหญ่ หรือเรียกสั้นๆ ว่าพาหะโพลี

พาหะส่วนน้อย: ในเซมิคอนดักเตอร์ประเภท P อิเล็กตรอนอิสระคือพาหะส่วนน้อย หรือเรียกสั้นๆ ว่าพาหะส่วนน้อย

อะตอมตัวรับ: ตำแหน่งที่ว่างในอะตอมสิ่งเจือปนจะดูดซับอิเล็กตรอนและเรียกว่าอะตอมตัวรับ

ลักษณะการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำชนิด P: นำไฟฟ้าโดยรู ยิ่งมีสิ่งเจือปนมากเท่าไร ความเข้มข้นของรูปหลายเหลี่ยม (รู) ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น

เลเซอร์สารกึ่งตัวนำชนิด N: ผลึกซิลิกอนบริสุทธิ์เกิดจากการผสมธาตุเพนทาวาเลนต์ (เช่น ฟอสฟอรัส) เข้าแทนที่อะตอมของซิลิกอนในโครงผลึก

อิเล็กตรอนจำนวนมาก: ในสารกึ่งตัวนำชนิด N อิเล็กตรอนจำนวนมากเป็นอิเล็กตรอนอิสระ

ส่วนน้อย: ในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ส่วนน้อยคือรู

อะตอมของผู้บริจาค: อะตอมของสิ่งเจือปนที่สามารถให้อิเล็กตรอนเรียกว่าอะตอมของผู้บริจาค

การนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำชนิด N: ยิ่งมีสิ่งเจือปนมากเท่าไร ความเข้มข้นของรูปหลายเหลี่ยม (อิเล็กตรอนอิสระ) ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และค่าการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น

เซมิคอนดักเตอร์ เลเซอร์ ยาสลบ

ตามประจุบวกหรือลบของสารเจือ สารเจือสามารถแบ่งออกเป็นผู้บริจาคและผู้รับ เวเลนซ์อิเล็กตรอน (เวเลนซ์อิเล็กตรอน) จากอะตอมของผู้บริจาคเป็นเวเลนซ์อิเล็กตรอนโควาเลนต์กับอะตอมของสารเจือและถูกผูกเข้าด้วยกัน อิเล็กตรอนที่ไม่ได้สร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมของสารเจือจะถูกจับอย่างอ่อนกับอะตอมของผู้บริจาค หรือที่เรียกว่าอิเล็กตรอนผู้บริจาค

เมื่อเปรียบเทียบกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำที่แท้จริง พลังงานที่อิเล็กตรอนของผู้บริจาคต้องการเพื่อเปลี่ยนผ่านไปยังแถบการนำไฟฟ้านั้นต่ำกว่า และง่ายต่อการเคลื่อนที่ในช่องตาข่ายของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์และสร้างกระแสไฟฟ้า แม้ว่าอิเล็กตรอนของผู้บริจาคจะได้รับพลังงานและกระโดดไปที่แถบการนำไฟฟ้า แต่จะไม่ปล่อยให้มีรูไฟฟ้าเหมือนในเซมิคอนดักเตอร์ภายใน และอะตอมของผู้บริจาคจะติดอยู่ในตาข่ายคริสตัลของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์หลังจากสูญเสียอิเล็กตรอนเท่านั้น ดังนั้น สารกึ่งตัวนำที่ได้รับอิเลคตรอนส่วนเกินเพื่อให้เกิดการนำไฟฟ้าเนื่องจากการเติมจึงเรียกว่าสารกึ่งตัวนำชนิด N โดยที่ n หมายถึงอิเลคตรอนที่มีประจุลบ

ตรงกันข้ามกับผู้บริจาค เมื่ออะตอมของผู้รับเข้าสู่แลตทิซของเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากจำนวนของเวเลนต์อิเล็กตรอนน้อยกว่าอะตอมของเซมิคอนดักเตอร์ จะทำให้เกิดช่องว่างที่เท่ากัน และความว่างที่เกินมานี้ถือได้ว่าเป็นรูไฟฟ้า สารกึ่งตัวนำที่เจือสารกึ่งตัวนำเรียกว่าสารกึ่งตัวนำชนิด P โดยที่ p หมายถึงรูที่มีประจุบวก

ผลของยาสลบแสดงให้เห็นโดยสารกึ่งตัวนำภายในของซิลิกอน ซิลิกอนมีเวเลนต์อิเล็กตรอนสี่ตัว และสารเติมแต่งที่ใช้กันทั่วไปในซิลิกอน ได้แก่ ธาตุไตรวาเลนต์และธาตุควินเควาเลนต์ เมื่อธาตุไตรวาเลนต์ที่มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเพียงสามตัว เช่น โบรอน ถูกเจือลงในสารกึ่งตัวนำซิลิกอน โบรอนจะมีบทบาทเป็นตัวรับ และสารกึ่งตัวนำซิลิกอนที่เจือด้วยโบรอนคือสารกึ่งตัวนำชนิด P ในทางกลับกัน หากธาตุเพนทาวาเลนต์ เช่น ฟอสฟอรัส (ฟอสฟอรัส) ถูกเจือลงในสารกึ่งตัวนำซิลิกอน ฟอสฟอรัสจะมีบทบาทเป็นผู้บริจาค และสารกึ่งตัวนำซิลิกอนที่มีฟอสฟอรัสเจือจะกลายเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N

วัสดุสารกึ่งตัวนำอาจถูกเจือด้วยตัวรับและตัวรับ และวิธีการตัดสินใจว่าสารกึ่งตัวนำเป็นชนิด N หรือชนิด P ขึ้นอยู่กับสารกึ่งตัวนำที่เจือ ตัวรับจะทำให้รูมีความเข้มข้นสูงกว่า หรือผู้ให้ทำให้มีอิเล็กตรอนที่มีความเข้มข้นสูงกว่า นั่นคือ "พาหะหลัก" ของเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร ตรงกันข้ามกับผู้ให้บริการส่วนใหญ่คือผู้ให้บริการส่วนน้อย สำหรับการวิเคราะห์หลักการทำงานของส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ พฤติกรรมของพาหะบางตัวในเซมิคอนดักเตอร์มีความสำคัญมาก

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้จากส่วนที่ 3

ข้อมูลติดต่อ:

หากคุณมีความคิดใด ๆ โปรดอย่าลังเลที่จะพูดคุยกับเรา ไม่ว่าลูกค้าของเราจะอยู่ที่ไหนและความต้องการของเราคืออะไร เราจะทำตามเป้าหมายของเราเพื่อให้ลูกค้าของเราได้รับสินค้าคุณภาพสูง ราคาต่ำ และบริการที่ดีที่สุด