Með hraðri þróun ljósfræðilegrar rafeindatækni hafa hálfleiðaralaserar fundið víðtæka notkun á sviðum eins og fjarskiptum, lækningatækjum, leysigeislamælingum, iðnaðarvinnslu og neytendarafeindatækni. Kjarninn í þessari tækni er PN-tengingin, sem gegnir mikilvægu hlutverki - ekki aðeins sem ljósgjafi heldur einnig sem grunnur að virkni tækisins. Þessi grein veitir skýra og hnitmiðaða yfirsýn yfir uppbyggingu, meginreglur og lykilhlutverk PN-tengingarinnar í hálfleiðaralaserum.
1. Hvað er PN-tenging?
PN-tenging er tengiflöturinn sem myndast á milli P-gerð hálfleiðara og N-gerð hálfleiðara:
P-gerð hálfleiðari er blandaður viðtakaóhreinindum, svo sem bór (B), sem gerir holur að meirihluta hleðsluberanna.
N-gerð hálfleiðarinn er blandaður með gjafaóhreinindum, svo sem fosfóri (P), sem gerir rafeindir að meirihluta flutningsaðila.
Þegar P-gerð og N-gerð efni komast í snertingu dreifast rafeindir frá N-svæðinu inn í P-svæðið og holur frá P-svæðinu inn í N-svæðið. Þessi dreifing skapar eyðingarsvæði þar sem rafeindir og holur sameinast aftur og skilja eftir hlaðnar jónir sem mynda innra rafsvið, þekkt sem innbyggð spennuhindrun.
2. Hlutverk PN-tengingarinnar í leysigeislum
(1) Innspýting burðarefnis
Þegar leysirinn virkar er PN-tengingin framspennt: P-svæðið er tengt jákvæðri spennu og N-svæðið neikvæðri spennu. Þetta afnemur innra rafsviðið, sem gerir rafeindum og götum kleift að sprautast inn í virka svæðið við tenginguna, þar sem þær eru líklegri til að sameinast aftur.
(2) Ljósútgeislun: Uppruni örvaðrar ljósútgeislunar
Í virka svæðinu sameinast innsprautuðu rafeindir og holur aftur og losa ljóseindir. Í upphafi er þetta ferli sjálfsprottin losun, en þegar ljóseindaþéttleikinn eykst geta ljóseindir örvað frekari endurröðun rafeinda og hola, sem losar fleiri ljóseindir með sama fasa, stefnu og orku — þetta er örvuð losun.
Þetta ferli myndar grunninn að leysigeisla (ljósmagnun með örvuðum geislunargeislun).
(3) Magn og ómhol mynda leysigeislaúttak
Til að magna örvaða útgeislun eru hálfleiðaralasar með ómhol á báðum hliðum PN-tengingarinnar. Í brúnarlaserum er þetta til dæmis hægt að ná með því að nota dreifða Bragg-endurskinsspegla (DBR) eða spegilhúðun til að endurkasta ljósi fram og til baka. Þessi uppsetning gerir kleift að magna upp ákveðnar bylgjulengdir ljóss, sem að lokum leiðir til mjög samfelldrar og stefnubundinnar leysigeislunar.
3. PN-tengingarbyggingar og hönnunarhagkvæmni
Eftir því hvaða gerð hálfleiðara leysir er um að ræða getur PN uppbyggingin verið mismunandi:
Einfalt gagntengi (SH):
P-svæðið, N-svæðið og virka svæðið eru úr sama efninu. Endurröðunarsvæðið er breitt og minna skilvirkt.
Tvöföld gagntenging (DH):
Þrennra virkt lag með bandbili er komið fyrir á milli P- og N-svæðanna. Þetta takmarkar bæði flutningsaðila og ljóseindir, sem eykur skilvirkni verulega.
Uppbygging skammtabrunns:
Notar afarþunnt virkt lag til að búa til skammtafræðilega innilokunaráhrif, sem bætir þröskuldseiginleika og mótunarhraða.
Þessar mannvirki eru öll hönnuð til að auka skilvirkni flutningsinnspýtingar, endurröðunar og ljóslosunar í PN-gatnasvæðinu.
4. Niðurstaða
PN-tengingin er sannarlega „hjartað“ í hálfleiðaralaser. Hæfni hennar til að sprauta burðarbylgjum með framspennu er grundvallaratriðið í framleiðslu leysigeisla. Frá byggingarhönnun og efnisvali til ljóseindastýringar snýst afköst alls leysigeislans um að hámarka PN-tenginguna.
Þar sem ljósfræðileg tækni heldur áfram að þróast, eykur dýpri skilningur á PN-tengingarfræði ekki aðeins afköst leysigeisla heldur leggur einnig traustan grunn að þróun næstu kynslóðar aflmikilla, hraðvirkra og ódýrra hálfleiðaraleysira.
Birtingartími: 28. maí 2025