คุณรู้เกี่ยวกับเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์หรือไม่ (ตอนที่ 1)

1. เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์คำนิยาม

เรามักเรียกวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ เช่น ถ่านหิน คริสตัลเทียม อำพัน และเซรามิก ว่าฉนวน.

โลหะที่นำไฟฟ้าได้ดี เช่น ทอง เงิน ทองแดง เหล็ก ดีบุก อะลูมิเนียม ก็เรียกตัวนำ.

ที่อุณหภูมิห้อง เรียกคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของวัสดุระหว่างตัวนำและฉนวนสารกึ่งตัวนำ.

เมื่อเทียบกับตัวนำและฉนวน การค้นพบวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ถือว่าค่อนข้างช้า และจนกระทั่งช่วงทศวรรษที่ 1930 การมีอยู่ของเซมิคอนดักเตอร์ก็ได้รับการยอมรับอย่างแท้จริงจากชุมชนวิชาการเมื่อมีการปรับปรุงเทคนิคการทำให้บริสุทธิ์ของวัสดุ

2. ประวัติการพัฒนา

ในปี พ.ศ. 2376 ฟาราเดย์นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ บิดาแห่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ค้นพบครั้งแรกว่าความต้านทานของซิลเวอร์ซัลไฟด์ต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินั้นแตกต่างจากโลหะทั่วไป ภายใต้สถานการณ์ปกติ ความต้านทานของโลหะจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น แต่ Baradei พบว่าความต้านทานของวัสดุซิลเวอร์ซัลไฟด์ลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น นับเป็นการค้นพบปรากฏการณ์เซมิคอนดักเตอร์เป็นครั้งแรก

ในปี พ.ศ. 2382 เบคเคอเรลแห่งฝรั่งเศสค้นพบว่าจุดเชื่อมต่อระหว่างสารกึ่งตัวนำและอิเล็กโทรไลต์จะสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับแสง สิ่งนี้กลายเป็นที่รู้จักในฐานะเอฟเฟกต์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ เป็นคุณลักษณะที่สองของเซมิคอนดักเตอร์ที่ถูกค้นพบ

ในปี พ.ศ. 2416 สมิธแห่งอังกฤษได้ค้นพบผลโฟโตคอนดักแตนซ์ของการเพิ่มการนำไฟฟ้าของวัสดุคริสตัลซีลีเนียมภายใต้แสง ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะอีกประการหนึ่งของเซมิคอนดักเตอร์ แม้ว่าเอฟเฟกต์ทั้งสี่ของเซมิคอนดักเตอร์ (ส่วนที่เหลือของ Hall Effect -- การค้นพบเอฟเฟกต์ที่เกี่ยวข้องสี่อย่าง) จะถูกค้นพบก่อนปี 1880 คำว่าเซมิคอนดักเตอร์ถูกใช้ครั้งแรกโดย Coneyberg และ Weiss ในปี 1911 จนกระทั่งเดือนธันวาคม 1947 Bell LABS ได้เสร็จสิ้นการระบุคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำสี่คุณสมบัติ

ในปี พ.ศ. 2417 เบราน์ในเยอรมนีสังเกตว่าค่าการนำไฟฟ้าของซัลไฟด์บางชนิดสัมพันธ์กับทิศทางของสนามไฟฟ้าที่ใช้ นั่นคือ การนำไฟฟ้าเป็นทิศทาง และเมื่อป้อนแรงดันไปข้างหน้าที่ปลายทั้งสอง จะเป็นการนำไฟฟ้า ถ้าแรงดันกลับขั้ว จะไม่นำไฟฟ้า นี่คือผลรวมของสารกึ่งตัวนำและลักษณะที่สามของสารกึ่งตัวนำ ในปีเดียวกัน ชูสเตอร์ยังได้ค้นพบเอฟเฟกต์วงจรเรียงกระแสของทองแดงและคอปเปอร์ออกไซด์

หลายคนสงสัยว่าเหตุใดจึงต้องใช้เวลานานในการจดจำเซมิคอนดักเตอร์ เหตุผลหลักคือวัสดุไม่บริสุทธิ์ หากไม่มีวัสดุที่ดี ปัญหาเกี่ยวกับวัสดุหลายอย่างก็ยากที่จะอธิบาย

3. การจำแนกประเภทของเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์

องค์ประกอบทางเคมีสามารถแบ่งออกเป็นสารกึ่งตัวนำองค์ประกอบและสารกึ่งตัวนำผสมสองประเภท

เจอร์เมเนียมและซิลิคอนมักใช้เป็นสารกึ่งตัวนำที่เป็นองค์ประกอบ สารกึ่งตัวนำแบบผสมประกอบด้วยสารประกอบกลุ่ม Ⅲ และ Ⅴ (แกลเลียมอาร์เซไนด์ แกลเลียมฟอสไฟด์ ฯลฯ) สารประกอบกลุ่ม Ⅱ และ Ⅵ (แคดเมียมซัลไฟด์ ซิงค์ซัลไฟด์ ฯลฯ) ออกไซด์ (แมงกานีส โครเมียม เหล็ก ออกไซด์ของทองแดง) และสารละลายที่เป็นของแข็ง ประกอบด้วยสารประกอบกลุ่ม ⅲ-ⅴ และสารประกอบกลุ่ม ⅱ-ⅵ (สารหนูแกลเลียมอะลูมิเนียม แกลเลียมอาร์เซนิกฟอสฟอรัส ฯลฯ)

ตามเทคโนโลยีการผลิต สารกึ่งตัวนำสามารถจำแนกได้เป็นอุปกรณ์วงจรรวม อุปกรณ์แยก สารกึ่งตัวนำโฟโตอิเล็กทริก ลอจิสติกส์ แอนะล็อก หน่วยความจำ และประเภทอื่นๆ โดยทั่วไปแล้วสิ่งเหล่านี้จะถูกแบ่งออกเป็นหมวดหมู่ย่อยๆ

4. ลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์

คุณลักษณะห้าประการของเซมิคอนดักเตอร์: การเติม ความไวต่อความร้อน ความไวแสง คุณลักษณะอุณหภูมิความต้านทานเชิงลบ และคุณลักษณะวงจรเรียงกระแส

ในเซมิคอนดักเตอร์ที่ก่อตัวเป็นโครงสร้างผลึก ความสามารถในการนำไฟฟ้าสามารถควบคุมได้โดยการเติมองค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์เฉพาะลงไป ภายใต้สภาวะของแสงและรังสีความร้อน ค่าการนำไฟฟ้าจะเปลี่ยนไปอย่างเห็นได้ชัด

5. หลักการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์

สารกึ่งตัวนำภายใน: สารกึ่งตัวนำที่ไม่มีสิ่งเจือปนและไม่มีข้อบกพร่องของตาข่ายเรียกว่าสารกึ่งตัวนำภายใน ที่อุณหภูมิต่ำมาก เวเลนต์แบนด์ของเซมิคอนดักเตอร์จะเป็นแบบเต็มแบนด์ หลังจากการกระตุ้นด้วยความร้อน อิเล็กตรอนส่วนหนึ่งในแถบเวเลนซ์จะข้ามแถบต้องห้ามและเข้าสู่แถบว่างที่มีพลังงานสูงกว่า แถบการนำไฟฟ้าจะเกิดขึ้นหลังจากมีอิเล็กตรอนอยู่ในแถบว่าง และการขาดอิเล็กตรอนในแถบเวเลนซ์จะทำให้เกิดความว่างที่มีประจุบวก ซึ่งเรียกว่าโฮล

การนำไฟฟ้าในรูไม่ใช่การเคลื่อนที่จริง แต่เป็นการเคลื่อนที่ที่เทียบเท่ากัน เมื่ออิเล็กตรอนนำไฟฟ้า รูที่มีประจุเท่ากันจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม พวกมันสร้างการเคลื่อนที่ตามทิศทางภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอก และสร้างกระแสระดับมหภาค ซึ่งเรียกว่าการนำอิเล็กตรอนและการนำของโฮลตามลำดับ

การนำไฟฟ้าแบบไฮบริดนี้เกิดจากการสร้างคู่อิเล็กตรอน-โฮล เรียกว่า การนำไฟฟ้าภายใน อิเล็กตรอนในแถบการนำไฟฟ้าจะตกลงไปในหลุมและคู่อิเล็กตรอน-หลุมจะหายไป ซึ่งเรียกว่า การรวมตัวกันอีกครั้ง พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการรวมตัวกันใหม่จะกลายเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (การเรืองแสง) หรือพลังงานการสั่นสะเทือนทางความร้อน (ความร้อน) ของโครงตาข่าย ที่อุณหภูมิหนึ่ง การสร้างและการรวมตัวกันอีกครั้งของคู่อิเล็กตรอน-โฮลจะเกิดขึ้นพร้อมกันและเข้าสู่สมดุลไดนามิก ในขณะนี้ เซมิคอนดักเตอร์มีความหนาแน่นของพาหะที่แน่นอน ดังนั้นจึงมีสภาพต้านทานที่แน่นอน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จะมีการสร้างคู่อิเล็กตรอน-โฮลมากขึ้น ความหนาแน่นของพาหะจะเพิ่มขึ้น และความต้านทานจะลดลง เซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ที่ไม่มีข้อบกพร่องขัดแตะมีความต้านทานสูงและใช้งานจริงน้อย

โปรดไปที่ส่วนที่ 2 สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

ข้อมูลติดต่อ:

หากคุณมีความคิดใด ๆ โปรดอย่าลังเลที่จะพูดคุยกับเรา ไม่ว่าลูกค้าของเราจะอยู่ที่ไหนและความต้องการของเราคืออะไร เราจะทำตามเป้าหมายของเราเพื่อให้ลูกค้าของเราได้รับสินค้าคุณภาพสูง ราคาต่ำ และบริการที่ดีที่สุด