پاورپوینت لیزرهای نیمه رسانا

پاورپوینت لیزرهای نیمه رسانا 19 اسلاید

— پاورپوینت شامل تصاویر میباشد —-

اسلاید ۱ :

آلایش

در نیمرسانای  ذاتی که هیچ ناخالصی نداشته باشد تعداد الکترونهای نوار رسانش همیشه با تعداد حفره های نوار ظرفیت برابرند

اگریک اتم با یک الکترون اضافی به صورت ناخالصی اضافه شود:

ناخالصی یک الکترون به تراز رسانش می بخشد(Donor)

اسلاید ۲ :

اگریک اتم با یک الکترون کمتر به صورت ناخالصی اضافه شود:

ناخالصی یک الکترون از تراز ظرفیت می گیرید(Acceptor)

اسلاید ۳ :

اتصالهای p-n و پیشقدر دهی (Biasing)

هرگاه یک نیم رسانای نوع n به یک نیم رسانای نوع p متصل شود اتصال p-n  تشکیل می یابد.

به حفره ها در جایگاه n و به الکترونها در جایگاه p حاملهای اقلیت گفته می شود

حفره ها از منطقه های نزدیک به اتصال نوع p به علت وجود گرادیان غلظت به طرف نوع n پخش می‌شوند. فاصله ای که حاملها پیش از ترکیب دوباره پخش می شوند از رابطه زیر بدست می آید

که در آن      طول پخش،     ضریب پخش و     طول عمر حامل است. 

اسلاید ۴ :

حرکت حفره ها از جایگاه p پذیرنده های منفی به جای می گذارد و ایجاد یک لایه بار فضایی منفی در جایگاه p نزدیک به اتصال می کند. همینطور پخش الکترون از جایگاه n  به جایگاه p در جایگاه n لایه ای بار فضایی مثبت به جای می گذارد. این لایه های بار تولید یک میدان الکتریکی داخلی       می کند. میدان ایجاد شده یک جریان سوق در جهت مخالف جریان پخش راه می‌اندازد. در حالت پایا جریان کل مجموع جریانهای سوق و پخش است که در تعادل گرمایی صفر است.

میدان داخلی ایجاد شده یک پتانسیل داخلی       بین دو منطقه برقرار می سازد که نوارهای انرژی بین جایگاه pو n را به یک جدایی وادار می کند.

هر قدر غلظتهای آلایش و دما بیشتر باشد       هم بیشتر می‌شود.

جابجایی نوارها چنان است که پتانسیل شیمیایی در طول اتصال ثابت است.

پتانسیل       مثل یک مانع عمل می کند و حاملهای اکثریت را از عبور از اتصال باز می دارد

اسلاید ۵ :

هرگاه یک ولتاژ خارجی به محل اتصال p-n اعمال شود تعادل از بین می رود و جریانی به راه می افتد.

اگر منطقه p به قطب مثبت و منطقه n به قطب منفی منبع خارجی بسته شود گویند که اتصال به صورت بایاس مستقیم است

در این حالت چون میدان خارجی در خلاف جهت میدان داخلی است مقدار پتانسیل داخلی کاهش می یابد.

چون تعادل از بین رفته است دیگر یک پتانسیل شیمیایی برای اتصال وجود ندارد بنابراین پتانسیل شیمیایی جایگاههای n و p با فاصله        نسبت به هم جابجا می‌شوند.

سد پتانسیل کاهش یافته دیگر نمی تواند مانع عبور حاملهای اکثریت از اتصال شود و یک جریان برقرار می شود.

اگر منطقه n به قطب مثبت و منطقه p به قطب منفی منبع خارجی بسته شود که اتصال دارای بایاس معکوس است

سد پتانسیل داخلی افزایش می یابد و مانع ادامه جریان می شود.

اسلاید ۶ :

لیزر نیمرسانا

غلظتهای آلایش را می توان به حدی افزایش داد که پتانسیل شیمیایی در منطقه n بالای نوار رسانش و در منطقه p زیر نوار ظرفیت قرار گیرد

بایاس مستقیم در این چنین اتصالی منجر به تزریق الکترونها و حفره ها در منطقه تهی شده و باعث وارونی جمعیت می شود.

در این منطقه تهی که به آن لایع فعال هم گفته می شود الکترونها و حفره ها باز ترکیب تابشی می یابند و انرژی اضافی خود را به صورت نور گسیل می کنند. به چنین وسیله ای دیود نور گسیل (LED) می گویند.

اسلاید ۷ :

هرگاه این گسیل خود به خود با بازتابش جزئی در انتهاهای تراش یافته وسیله پسخور مثبت دریافت کند و اگر این نور برای جبران اتلافها به اندازه کافی تقویت شود اتصال p-n به صورت یک دیود لیزر نیمرسانا عمل می کند

تقویت نور یکی از نتیجه های سازو کار پرشدگی نوار در منطقه فعال است. حالتهای نوار رسانش از الکترونها پر می شوند و حالتهای نوار ظرفیت پر از حفره هستند ( جمعیت معکوس).

اسلاید ۸ :

هرگاه هر دو مناطق n و  p از یک ماده باشند لیزر هم پیوندگاه نامیده می شود.

سطوح انتهایی معمولا لایه گذاری نشده اند و بازتابندگی طبیعی پسخور لازم برای عمل لیزر را فراهم می کند.گسیل از سرتاسر مساحت اتصال صورت می گیرد و به سبب نشت حاملها و نور از منطقه حامل، چشمه های نور چندان کارایی نیستند.

در لیزرهای چند پیوند گاهی از حبس حاملها و موجبری اپتیکی در چند ساختار سود جسته می شود.

لایه فعال لایه ای نازک از GaAs بین یک لایه نوع p و یک لایه نوع n  از Alx Ga1-x As است.

گاف نوار بزرگتر AlGaAs نسبت به GaAs منجر به حبس حاملها در لایه فعال می شود. علاوه بر این ضریب شکست GaAs بیشتر از AlGaAs است که منجر به حبس تابش در GaAs می شود.