¿Conoces los láseres semiconductores? (Parte 3)

Láseres semiconductorescorrelación Parte 3.

El láser semiconductor generalmente tiene las características de peso ligero, alta eficiencia de modulación, tamaño pequeño, etc., y es ampliamente utilizado en campos civiles, militares, médicos y otros. La investigación de los láseres de semiconductores de alta potencia comenzó en la década de 1980 y nunca se ha detenido. Con el desarrollo continuo de la tecnología de semiconductores y la tecnología láser, el láser semiconductor de alta potencia ha logrado un gran progreso en los aspectos de potencia de salida, conversión de potencia y confiabilidad.

El efecto del dopaje en la estructura.

El dopaje cambia la banda de energía del semiconductor. Dependiendo del dopaje, existen diferentes niveles de energía entre las bandas prohibidas de los semiconductores intrínsecos. El átomo donante producirá un nuevo nivel de energía cerca de la banda de conducción, mientras que el átomo receptor producirá un nuevo nivel de energía cerca de la banda de valencia. Si los átomos de boro se dopan en silicio, se ionizan por completo a temperatura ambiente porque el nivel de energía entre la banda de valencia del boro y el silicio es de solo 0.045 electronvoltios, que es mucho menor que la brecha de energía del propio silicio de 1,12 electronvoltios.

Otro efecto importante de los dopantes en la estructura de la banda es cambiar la posición del nivel de energía de Fermi. El nivel de energía de Fermi permanece constante en el equilibrio térmico y esta propiedad conduce a muchas otras propiedades eléctricas útiles. Por ejemplo, la banda de una unión pn puede doblarse porque los niveles de Fermi de un semiconductor de tipo P y uno de tipo N están en posiciones diferentes, pero los niveles de Fermi deben permanecer a la misma altura para formar la unión pn. Como resultado, la banda de conducción o banda de valencia del semiconductor tipo P o tipo N se doblará para coincidir con la diferencia de banda en la unión.

El efecto anterior se puede explicar mediante un diagrama de bandas. En un gráfico de bandas, el eje horizontal representa la posición y el eje vertical representa la energía. El nivel de Fermi intrínseco (nivel de Fermi intrínseco) de un semiconductor se suele expresar en Ei. Los mapas de bandas son una herramienta muy útil para interpretar el comportamiento de los componentes semiconductores.

La relación entre semiconductores y circuitos integrados.

Los semiconductores son materiales cuyas propiedades eléctricas son intermedias entre las de los conductores y los aislantes. Sabemos que un circuito tiene una función principalmente debido a las diversas variaciones de corriente dentro de él y que la corriente se forma principalmente debido al flujo (movimiento/migración) de electrones entre el circuito metálico y los componentes electrónicos. Entonces, la facilidad con la que los electrones se mueven a través de un material determina su conductividad. En los materiales metálicos comunes a temperatura ambiente, los electrones son fáciles de obtener energía para moverse, por lo que su propiedad conductora es buena; Debido a las características del propio material, es difícil que los electrones obtengan la energía necesaria para conducir la electricidad. Pocos electrones pueden migrar dentro del aislante, por lo que es casi no conductor. Los materiales semiconductores, por otro lado, se encuentran en algún punto intermedio y pueden alterarse agregando impurezas, controlando artificialmente la facilidad con la que conducen la electricidad o no, y la facilidad con la que conducen la electricidad. Esto se llama la propiedad dopable de los semiconductores.

Como se dijo anteriormente, la base del circuito integrado es el transistor, la invención del transistor es posible para crear el circuito integrado, y la base del transistor es el semiconductor, por lo que el semiconductor también es la base del circuito integrado. Los semiconductores son para los circuitos integrados lo que la tierra es para las ciudades. Obviamente, las montañas y colinas no son adecuadas para construir ciudades, y los lugares con suelo arenoso y piedra caliza no son adecuados para construir ciudades. La "construcción" de una ciudad requiere un buen sitio, y la "integración" de un circuito requiere el material básico adecuado -- semiconductores. Los materiales semiconductores comunes son el silicio, el germanio y el arseniuro de galio (compuestos), entre los que se encuentra el éxito comercial ampliamente utilizado del "silicio".

Entonces, ¿por qué los semiconductores, y el silicio en particular, son buenos para fabricar circuitos integrados? Hay varias razones. El silicio es un elemento abundante en la corteza terrestre, solo superado por el oxígeno. Hay muchos silicatos o sílice en la naturaleza en rocas y grava, que es el costo de las materias primas. La naturaleza dopable del silicio es fácil de controlar, lo que facilita la fabricación de transistores que se ajusten a los requisitos, por razones de principio de circuito. El dióxido de silicio formado por la oxidación del silicio es estable y puede usarse como una excelente película aislante necesaria en los dispositivos semiconductores, que es la razón de la estructura del dispositivo. El punto clave es el proceso planar de circuitos integrados, el silicio es más fácil de implementar oxidación, litografía, difusión y otros procesos, más fácil de integrar y su rendimiento es más fácil de controlar. Por lo tanto, lo siguiente se presenta principalmente en función del conocimiento del circuito integrado de silicio, el transistor de silicio y la comprensión del proceso del circuito integrado, será más fácil comprender este problema.

Además de la durabilidad, los semiconductores también tienen sensibilidad térmica, fotosensibilidad, temperatura de resistividad negativa, reciclabilidad y otras características, por lo que, además de fabricar circuitos integrados a gran escala, los materiales semiconductores también se pueden usar para dispositivos de potencia, dispositivos optoelectrónicos, sensores de presión, refrigeración termoeléctrica y otros fines; Utilizando la tecnología de micromecanizado de la microelectrónica, también se puede convertir en MEMS (sistema electrónico micromecánico), que se puede utilizar en campos electrónicos y médicos.

La fabricación de materiales semiconductores.

Para satisfacer las necesidades de la producción en masa, las propiedades eléctricas del semiconductor deben ser predecibles y estables, por lo que tanto la pureza del dopaje como la calidad de la estructura de la red del semiconductor deben ser estrictamente requeridas. Los problemas de calidad comunes incluyen dislocaciones en la red, gemelos o fallas de apilamiento, que afectan las características de los materiales semiconductores. Para un componente semiconductor, los defectos de la red del material suelen ser el principal factor que afecta el rendimiento del componente.

El método más común utilizado para cultivar materiales semiconductores monocristalinos de alta pureza se denomina proceso Czochralski. En este proceso, la semilla de un solo cristal se deja caer en un líquido disuelto del mismo material y se tira lentamente hacia arriba con un movimiento giratorio. A medida que se extrae la semilla, el soluto se solidifica a lo largo de la interfaz entre el sólido y el líquido, y la rotación iguala la temperatura del soluto.

aplicación de semiconductores

1. El primer semiconductor práctico fue un transistor/diodo. Se utiliza como amplificador/rectificador de señal en semiconductores de radio y televisión.

2. Desarrollar energía solar, que también se utiliza en células solares.

3. Los semiconductores se pueden usar para medir la temperatura, el rango de temperatura puede alcanzar la producción, la vida, la salud médica, la investigación científica y las aplicaciones de enseñanza del 70 por ciento del campo, con alta precisión y estabilidad, resolución de hasta {{ 4}}.1 grado, incluso hasta 0.01 grado no son imposibles, linealidad 0.2 por ciento, rango de temperatura -100~ más 300 grados, es un elemento de medición de temperatura rentable.

4. El desarrollo de refrigeradores semiconductores, también conocidos como refrigeradores termoeléctricos o refrigeradores termoeléctricos, utiliza el efecto Partier.

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