Kanuni ya kazi na aina kuu zaleza ya nusu nusu
SemikondaktaDiode za leza, kwa ufanisi wao wa hali ya juu, upunguzaji wa mwangaza na utofauti wa mawimbi, hutumika sana kama vipengele vikuu vya teknolojia ya optoelectronic katika nyanja kama vile mawasiliano, huduma ya matibabu na usindikaji wa viwanda. Makala haya yanafafanua zaidi kanuni ya utendaji kazi na aina za leza za semiconductor, ambazo ni rahisi kwa marejeleo ya uteuzi wa watafiti wengi wa optoelectronic.
1. Kanuni ya kutoa mwangaza ya leza za semiconductor
Kanuni ya mwangaza wa leza za semiconductor inategemea muundo wa bendi, mabadiliko ya kielektroniki na utoaji uliochochewa wa vifaa vya semiconductor. Vifaa vya semiconductor ni aina ya nyenzo yenye pengo la bendi, ambalo linajumuisha bendi ya valensi na bendi ya upitishaji. Wakati nyenzo iko katika hali ya ardhi, elektroni hujaza bendi ya valensi huku kukiwa hakuna elektroni kwenye bendi ya upitishaji. Wakati uwanja fulani wa umeme unatumika nje au mkondo unaingizwa, elektroni zingine zitabadilika kutoka bendi ya valensi hadi bendi ya upitishaji, na kutengeneza jozi za elektroni-shimo. Wakati wa mchakato wa kutolewa kwa nishati, wakati jozi hizi za elektroni-shimo zinachochewa na ulimwengu wa nje, fotoni, yaani, leza, zitatolewa.
2. Mbinu za uchochezi za leza za semiconductor
Kuna mbinu tatu kuu za uchochezi kwa leza za semiconductor, ambazo ni aina ya sindano ya umeme, aina ya pampu ya macho na aina ya uchochezi wa boriti ya elektroni yenye nishati nyingi.
Leza za semiconductor zinazoingizwa kwa umeme: Kwa ujumla, ni diode za makutano ya uso wa semiconductor zilizotengenezwa kwa vifaa kama vile gallium arsenide (GaAs), cadmium sulfidi (CdS), indium fosfidi (InP), na zinki sulfidi (ZnS). Husisimka kwa kuingiza mkondo kando ya upendeleo wa mbele, na kutoa utoaji uliochochewa katika eneo la ndege ya makutano.
Leza za semiconductor zinazosukumwa kwa macho: Kwa ujumla, fuwele moja za semiconductor aina ya N au P (kama vile GaAS, InAs, InSb, n.k.) hutumika kama dutu inayofanya kazi, nalezainayotolewa na leza zingine hutumika kama msisimko unaosukumwa kwa macho.
Leza za semiconductor zenye msisimko wa miale ya elektroni zenye nguvu nyingi: Kwa ujumla, pia hutumia fuwele moja za semiconductor aina ya N au aina ya P (kama vile PbS, CdS, ZhO, n.k.) kama dutu inayofanya kazi na husisimka kwa kuingiza boriti ya elektroni yenye nguvu nyingi kutoka nje. Miongoni mwa vifaa vya leza za semiconductor, ile yenye utendaji bora na matumizi mapana ni leza ya diode ya GaAs inayoingizwa kwa umeme yenye muundo wa hetero mbili.
3. Aina kuu za leza za semiconductor
Eneo Amilifu la leza ya semiconductor ndilo eneo kuu la uzalishaji na ukuzaji wa fotoni, na unene wake ni mikromita chache tu. Miundo ya mwongozo wa ndani wa mawimbi hutumika kuzuia uenezaji wa fotoni pembeni na kuongeza msongamano wa nishati (kama vile miongozo ya mawimbi ya ridge na mikunjo iliyozikwa). Leza hutumia muundo wa sinki ya joto na huchagua vifaa vya upitishaji joto wa juu (kama vile aloi ya shaba-tungsten) kwa ajili ya utengamano wa joto wa haraka, ambao unaweza kuzuia kuteleza kwa urefu wa mawimbi unaosababishwa na joto kupita kiasi. Kulingana na muundo na hali zao za matumizi, leza za semiconductor zinaweza kuainishwa katika kategoria nne zifuatazo:
Leza Inayotoa Ukingo (EEL)
Leza hutolewa kutoka kwenye uso wa mpasuko upande wa chipu, na kutengeneza sehemu ya mviringo (yenye Pembe ya tofauti ya takriban 30°×10°). Miinuko ya kawaida ya mawimbi ni pamoja na 808nm (kwa ajili ya kusukuma), 980 nm (kwa ajili ya mawasiliano), na 1550 nm (kwa ajili ya mawasiliano ya nyuzi). Inatumika sana katika ukataji wa viwanda wenye nguvu nyingi, vyanzo vya kusukuma leza ya nyuzi, na mitandao ya uti wa mgongo wa mawasiliano ya macho.
2. Leza ya Kutoa Uso wa Matundu ya Wima (VCSEL)
Leza hutolewa kwa njia ya pembeni kwenye uso wa chipu, ikiwa na boriti ya mviringo na ulinganifu (Angle ya mseto <15°). Inaunganisha kiakisi cha Bragg kilichosambazwa (DBR), na hivyo kuondoa hitaji la kiakisi cha nje. Inatumika sana katika utambuzi wa 3D (kama vile utambuzi wa uso wa simu ya mkononi), mawasiliano ya macho ya masafa mafupi (vituo vya data), na LiDAR.
3. Leza ya Kuteleza ya Kwantumu (QCL)
Kulingana na mpito wa elektroni kati ya Quantum Wells, urefu wa wimbi hufunika safu ya infrared ya kati hadi mbali (3-30 μm), bila hitaji la ubadilishaji wa idadi ya watu. Fotoni huzalishwa kupitia mpito wa intersubband na hutumiwa kwa kawaida katika matumizi kama vile kuhisi gesi (kama vile kugundua CO₂), upigaji picha wa terahertz, na ufuatiliaji wa mazingira.
4. Leza Inayoweza Kurekebishwa
Ubunifu wa nje wa leza inayoweza kurekebishwa (kioo cha grating/prism/MEMS) unaweza kufikia kiwango cha urekebishaji wa urefu wa wimbi cha ±50 nm, ukiwa na upana mwembamba wa mstari (<100 kHz) na uwiano wa hali ya juu ya kukataliwa kwa upande (>50 dB). Hutumika sana katika matumizi kama vile mawasiliano ya mgawanyiko wa urefu wa wimbi mnene (DWDM), uchambuzi wa spektrali, na upigaji picha wa matibabu. Leza za semiconductor hutumika sana katika vifaa vya leza vya mawasiliano, vifaa vya kuhifadhi leza za kidijitali, vifaa vya usindikaji wa leza, vifaa vya kuashiria na kufungasha leza, upangaji na uchapishaji wa leza, vifaa vya matibabu vya leza, vifaa vya kugundua umbali wa leza na collimation, vifaa vya leza na vifaa vya burudani na elimu, vipengele na sehemu za leza, n.k. Ni sehemu ya vipengele vikuu vya tasnia ya leza. Kutokana na anuwai ya matumizi, kuna chapa na watengenezaji wengi wa leza. Wakati wa kufanya uchaguzi, unapaswa kutegemea mahitaji maalum na nyanja za matumizi. Watengenezaji tofauti wana matumizi tofauti katika nyanja mbalimbali, na uteuzi wa wazalishaji na leza unapaswa kufanywa kulingana na uwanja halisi wa matumizi wa mradi.
Muda wa chapisho: Novemba-05-2025