ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञानाच्या जलद विकासासह, सेमीकंडक्टर लेसरना संप्रेषण, वैद्यकीय उपकरणे, लेसर रेंजिंग, औद्योगिक प्रक्रिया आणि ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स यासारख्या क्षेत्रात व्यापक अनुप्रयोग आढळले आहेत. या तंत्रज्ञानाच्या गाभ्यामध्ये पीएन जंक्शन आहे, जे केवळ प्रकाश उत्सर्जनाचा स्रोत म्हणूनच नव्हे तर उपकरणाच्या ऑपरेशनचा पाया म्हणून देखील महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते. हा लेख सेमीकंडक्टर लेसरमधील पीएन जंक्शनची रचना, तत्त्वे आणि प्रमुख कार्ये यांचे स्पष्ट आणि संक्षिप्त विहंगावलोकन प्रदान करतो.
१. पीएन जंक्शन म्हणजे काय?
पीएन जंक्शन म्हणजे पी-टाइप सेमीकंडक्टर आणि एन-टाइप सेमीकंडक्टर यांच्यामध्ये तयार होणारा इंटरफेस:
पी-प्रकारचा सेमीकंडक्टर बोरॉन (बी) सारख्या स्वीकारकर्ता अशुद्धतेसह डोप केलेला असतो, ज्यामुळे बहुतेक चार्ज वाहक छिद्रे पडतात.
एन-प्रकारचा अर्धसंवाहक फॉस्फरस (पी) सारख्या दाता अशुद्धींनी भरलेला असतो, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉन बहुसंख्य वाहक बनतात.
जेव्हा P-प्रकार आणि N-प्रकारचे पदार्थ एकमेकांशी संपर्कात येतात, तेव्हा N-प्रदेशातील इलेक्ट्रॉन P-प्रदेशात पसरतात आणि P-प्रदेशातील छिद्रे N-प्रदेशात पसरतात. या प्रसारामुळे एक अवनती प्रदेश तयार होतो जिथे इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रे पुन्हा एकत्र होतात, ज्यामुळे चार्ज केलेले आयन मागे राहतात जे अंतर्गत विद्युत क्षेत्र तयार करतात, ज्याला बिल्ट-इन पॉटेन्शियल बॅरियर म्हणतात.
२. लेसरमध्ये पीएन जंक्शनची भूमिका
(१) कॅरियर इंजेक्शन
जेव्हा लेसर कार्य करतो, तेव्हा पीएन जंक्शन पुढे पक्षपाती असते: पी-प्रदेश सकारात्मक व्होल्टेजशी जोडलेला असतो आणि एन-प्रदेश नकारात्मक व्होल्टेजशी जोडलेला असतो. हे अंतर्गत विद्युत क्षेत्र रद्द करते, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रे जंक्शनवरील सक्रिय प्रदेशात इंजेक्ट करता येतात, जिथे ते पुन्हा एकत्रित होण्याची शक्यता असते.
(२) प्रकाश उत्सर्जन: उत्तेजित उत्सर्जनाचे मूळ
सक्रिय प्रदेशात, इंजेक्टेड इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रे पुन्हा एकत्र होतात आणि फोटॉन सोडतात. सुरुवातीला, ही प्रक्रिया उत्स्फूर्त उत्सर्जन असते, परंतु फोटॉनची घनता वाढत असताना, फोटॉन इलेक्ट्रॉन-होल पुनर्संयोजनाला उत्तेजन देऊ शकतात, त्याच टप्प्यात, दिशा आणि उर्जेसह अतिरिक्त फोटॉन सोडतात - हे उत्तेजित उत्सर्जन आहे.
ही प्रक्रिया लेसरचा पाया तयार करते (रेडिएशनच्या उत्तेजित उत्सर्जनाद्वारे प्रकाश प्रवर्धन).
(३) गेन आणि रेझोनंट पोकळ्या लेसर आउटपुट तयार करतात
उत्तेजित उत्सर्जन वाढविण्यासाठी, सेमीकंडक्टर लेसरमध्ये पीएन जंक्शनच्या दोन्ही बाजूंना रेझोनंट पोकळ्यांचा समावेश असतो. उदाहरणार्थ, एज-एमिटिंग लेसरमध्ये, प्रकाश पुढे-मागे परावर्तित करण्यासाठी डिस्ट्रिब्युटेड ब्रॅग रिफ्लेक्टर (डीबीआर) किंवा मिरर कोटिंग्ज वापरून हे साध्य करता येते. या सेटअपमुळे प्रकाशाच्या विशिष्ट तरंगलांबी वाढवता येतात, ज्यामुळे शेवटी अत्यंत सुसंगत आणि दिशात्मक लेसर आउटपुट मिळतो.
३. पीएन जंक्शन स्ट्रक्चर्स आणि डिझाइन ऑप्टिमायझेशन
सेमीकंडक्टर लेसरच्या प्रकारानुसार, पीएन रचना बदलू शकते:
एकल विषमजंक्शन (SH):
P-प्रदेश, N-प्रदेश आणि सक्रिय प्रदेश हे एकाच पदार्थापासून बनलेले आहेत. पुनर्संयोजन प्रदेश विस्तृत आणि कमी कार्यक्षम आहे.
दुहेरी विषमसंयोग (DH):
P- आणि N-प्रदेशांमध्ये एक अरुंद बँडगॅप सक्रिय थर सँडविच केला जातो. हे वाहक आणि फोटॉन दोन्ही मर्यादित करते, ज्यामुळे कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या सुधारते.
क्वांटम वेल स्ट्रक्चर:
क्वांटम कंफाइनमेंट इफेक्ट्स तयार करण्यासाठी, थ्रेशोल्ड वैशिष्ट्ये आणि मॉड्युलेशन गती सुधारण्यासाठी अल्ट्रा-थिन सक्रिय थर वापरते.
या सर्व रचना पीएन जंक्शन प्रदेशात वाहक इंजेक्शन, पुनर्संयोजन आणि प्रकाश उत्सर्जनाची कार्यक्षमता वाढविण्यासाठी डिझाइन केल्या आहेत.
४. निष्कर्ष
पीएन जंक्शन हे खरोखरच सेमीकंडक्टर लेसरचे "हृदय" आहे. फॉरवर्ड बायस अंतर्गत कॅरियर्स इंजेक्ट करण्याची त्याची क्षमता ही लेसर निर्मितीसाठी मूलभूत ट्रिगर आहे. स्ट्रक्चरल डिझाइन आणि मटेरियल सिलेक्शनपासून ते फोटॉन कंट्रोलपर्यंत, संपूर्ण लेसर डिव्हाइसचे कार्यप्रदर्शन पीएन जंक्शन ऑप्टिमायझेशनभोवती फिरते.
ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञान जसजसे पुढे जात आहे तसतसे पीएन जंक्शन फिजिक्सची सखोल समज केवळ लेसर कार्यक्षमता वाढवत नाही तर उच्च-शक्ती, उच्च-गती आणि कमी किमतीच्या सेमीकंडक्टर लेसरच्या पुढील पिढीच्या विकासासाठी एक मजबूत पाया देखील रचते.
पोस्ट वेळ: मे-२८-२०२५