අර්ධ සන්නායක ලේසර්: වර්ග, උපකරණය, කියාත්මක මූල ධර්මය, ෙයදුම

අර්ධ සන්නායක ලේසර් යනු නිදහස් කලාපයක ආරෝපණ වාහකවල ඉහළ සාන්ද්රණයක දී ශක්ති මට්ටම් අතර ක්වොන්ටම් සංක්රාන්තිය තුල උත්තේජිත විමෝචනය මඟින් අර්ධ සන්නායක ක්රියාකාරී මාධ්යයක් මත පදනම් වූ ක්වොන්ටම් උත්පාදක මත පදනම් වන ක්වොන්ටම් උත්පාදක වේ.

අර්ධ සන්නායක ලේසර්: කියාත්මක මූලධර්මය

සාමාන්ය තත්වයේදී බොහෝ ඉලෙක්ට්රෝන සංයුජතා මට්ටමේ පිහිටා ඇත. අස්ථායි කලාපයේ ශක්තියට වඩා වැඩි ශක්ති ප්රමාණයක් සැපයෙන විට, අර්ධ සන්නායකවල ඉලෙක්ට්රෝන උත්තේජනයේ තත්වය ඇතුල් වන අතර, තහනම් කලාපය හරහා ගමන් කරන අතර, එහි සීමාවෙහි සංකේන්ද්රණය කරමින් නිදහස් කලාපයට ගමන් කරයි. ඒ සමග ම, සංයුජතා මට්ටමේ පිහිටුවන ලද සිදුරන් එහි ඉහල මායිමට ඉහළට නැඟී ඇත. නිදන්ගත කලාපයේ ඉලෙක්ට්රෝන තුළ ෆෝටෝන ස්වරූපයෙන් විසන්ධි කලාපයේ ශක්තියට සමාන ශක්ති ප්රමාණයක් විමෝචනය කිරීම සිදු කරයි. ප්රමාණවත් මට්ටමක බලශක්ති ප්රමාණයක් සහිත ෆෝටෝනයක් මගින් නැවත සංචලනය කළ හැකිය. සංඛ්යාත්මක විස්තරය Fermi ව්යාප්ති ශ්රිතයට අනුරූප වේ.

උපාංගය

අර්ධ සන්නායක ලේසර් උපාංගය pn-සන්ධි කලාපයේ ඉලෙක්ට්රෝන හා කුහර වලින් පොම්ප කරන ලද ලේසර් ඩයෝඩය. P- හා n-සන්නායකතාව සහිත අර්ධ සන්නායකවල ස්පර්ශයයි. මීට අමතරව, ආලෝක ශක්තිය ෆෝටෝන අවශෝෂණය කිරීමෙන් සහ ප්රෝටීන් තුළ සංක්රමණය මත පදනම් වූ ක්වොන්ටම් කැස්කඩ් ලේසර් මගින් අක්ෂි ආලෝක සැපයුමක් ඇති අර්ධ සන්නායක ලේසර් තිබේ.

සංයුතිය

අර්ධ සන්නායක ලේසර් සහ අනෙකුත් ඔප්ටෝ ඉලෙක්ට්රෝනික උපාංග දෙකෙහි භාවිතා කරන සම්මත සම්බන්ධතා පහත පරිදි වේ.

• ගැලියම් ආර්සයිසයිඩ්;
• ගලියු ෆොස්ෆයිඩ්;
• ගලියු නයිට්රයිඩ්;
• ඉන්ඩියම් ෆොස්ෆයිඩ්;
• ඉන්ඩියා gallium arsenide;
• ඇලුමීනියම්-ගැලියම් ආර්සීනයිඩ්;
• Arsenide-නයිට්රයිඩ් ගාලියම්-ඉන්දියම්;
• ගලියු -ඉඩියම් ෆොස්ෆයිඩ්.

තරංග ආයාමය

මෙම සංයෝග සෘජු පරස්පර අර්ධ සන්නායක වේ. ප්රමාණවත් ශක්තිය හා කාර්යක්ෂමතාවයෙන් ආවර්තනික (සිලිකන්) ආලෝකය විකිරණය නොවේ. ඩයෝඩ ලේසර් වල විකිරණ තරංග ආයාමයේ එක් සංයෝගයක සංයුජතා කලාපයේ ශක්තියට ෆෝටෝන ශක්තිය ආසන්නයේ පරිමාණයට අනුව රඳා පවතී. අර්ධ සන්නායකවල 3- හා 4-සංඝටක සංයෝගවල දී, විසන්ධි කලාපයේ ශක්තිය අඛණ්ඩව විවිධාකාරව වෙනස් විය හැක. AlGaAs = Al _x Ga _1-x හි උදාහරණයක් ලෙස, ඇලුමිනියම් අන්තර්ගතයේ වැඩි වීමක් (x හි වැඩි වීම) නිසා ඇතිවන අවකල්ය කලාපයේ ශක්තිය වැඩි වීමයි.

වර්ණාවලියේ ආසන්නතම IR සන්නායකවල වඩාත් බහුලව භාවිතා වන අර්ධ සන්නායක ලේසර් සමහරක් රතු (ගැලියම්-ඉන්ඩියම් ෆොස්ෆයිඩ්), නිල් හෝ වයලට් (ගැලියම් නයිටයිඩ්) වර්ණවලින් ක්රියාත්මක වේ. අර්ධ සන්නායක ලේසර් (ඊයම් සෙලයිඩයිඩ්) සහ ක්වොන්ටම් කස්සේඩ් ලේසර් මගින් සාමාන්ය අධෝරක්ත විකිරණ නිපදවනු ලැබේ.

කාබනික අර්ධ සන්නායක

ඉහත අකාබනික සංයෝග වලට අමතරව, කාබනික ද භාවිතා කළ හැකිය. අදාළ තාක්ෂණය තවමත් සංවර්ධනය වෙමින් පවතී. නමුත් එහි සංවර්ධනය මගින් ක්වොන්ටම් ජනක යන්ත්ර නිෂ්පාදන පිරිවැය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කිරීමට පොරොන්දු වේ. මෙතෙක් සොයාගෙන ඇති ඔක්සිජන් බලශක්ති සැපයුම සමඟ කාබනික ලේසර් සංවර්ධනය කර ඇති අතර අතිශයින්ම ඵලදායී විද්යුත් පොම්පයක් තවමත් ඉටු කර නොමැත.

ප්රභේද

අර්ධ සන්නායක ලේසර් බොහෝමයක් පරාමිතීන් හා යෙදුම් අගය වෙනස් වේ.

කුඩා ලේසර් දියෝඩයන් මුහුණත විකිරණ සඳහා ගුණාත්මක කදම්භයක් නිපදවයි. ඒවායේ ශක්තිය මිලි මීටර් 500 ක් පමණ වේ. ලේසර් ඩිඩෝ ස්ඵටිකයක් යනු තරංග ආයාමයක් ලෙස හැඳින්වෙන්නේ සිහින් චතුරස්රාකාර තහඩුවක් නිසාය. විකිරණ ප්රමාණය කුඩා ඉඩකට සීමා වී ඇති නිසාය. මෙම ස්ඵටික දෙපස පැතිරීම සඳහා විශාල ප්රදේශයක් පන්සල හන්දිය සෑදීමට උපකාරී වේ. ඔප දැමූ කොන්ක්රීට් ෆැබීර්-පෙරොට් ප්රතිරූපකය නිර්මාණය කරයි. ප්රෝටෝනකරය හරහා ගමන් කරන ෆෝටෝනය ප්රතික්රියාවක් ඇති කරයි, විකිරණ වැඩි වන අතර උත්පාදනය ආරම්භ වේ. ඒවා ලේසර් දර්ශක, සීඩී සහ ඩීවීඩී ප්ලේයර් වල මෙන්ම ෆයිබර් ඔප්ටික් සන්නිවේදනයේද භාවිතා වේ.

කෙටි ස්පන්දන සෑදීම සඳහා බාහිර කුහරය සහිත අඩු බලශක්ති ඒකලිතික ලේසර් සහ ක්වොන්ටම් උත්පාදක නිශ්පාදනවල සමමුහුර්තකරණය නිෂ්පාදනය කළ හැකිය.

බාහිර ප්රතිගාමකයක් සහිත අර්ධ සන්නායක ලේසර් විශාල ලේසර් කුහරයක සංයුතියේ උත්තේජක මාධ්යයක කාර්යභාරය ඉටු කරන ලේසර්-ඩයෝඩයකින් සමන්විත වේ. ඒවාට තරංග ආයාම වෙනස් කිරීම සහ පටු කලාපයේ විකිරණ ඇතිවේ.

ඉන්ජෙක්ෂන් අර්ධ සන්නායක ලේසර් පුළුල් පරාසයක ස්වරූපයෙන් විකිරණ කලාපයක් ඇති අතර ඒවාට වොට් කිහිපයක බලය සහිත අඩු ගුණාත්මක විදුලි කදම්භයක් ලබා ගත හැක. ඒවා අතර p- හා n-ස්ථර අතර පිහිටා ඇති තුනී ක්රියාකාරී ස්තරයක් සමන්විත වේ. ආංශික දිශාවෙහි සැහැල්ලු රඳවා තැබීමේ යාන්ත්රණය නොපවතින අතර එය ඉහළ කදම්බ ඉලිප්සාකාරකත්වයක් සහ නුසුදුසු ඉහළ ප්රමිතීන් ඇතිවේ.

බ්රෝඩ්බෑන්ඩ් දියෝඩයන්ගෙන් සමන්විත ප්රබල ඩයෝඩ අරා, වොට් ගණනාවක් බලය සහිත මධ්යක කදම්භයක් නිපදවාගත හැකිය.

බලගතු ද්විමාන ඇන්ඩ්රොයිඩ සහිත ඩයිඩාවන් සිය ගණනින් සිය ගණනින් බලශක්ති උත්පාදනය කළ හැකිය.

මතුපිට විමෝචක ලේසර් (VCSEL) ප්ලාස්ටික් වාහනයේ පළල මිලි ලීටරයක මිලි ලීටරයක ගුණාත්මක කදම්භයක් නිකුත් කරයි. විකිරණවල පෘෂ්ඨයේ ප්රතිවර්තන දර්පණ විවිධාකාර වර්තන දර්ශක සහිත තරංගයක තරංගයකින් එකේ හතරේ ස්ථර ස්වරූපයෙන් තබා ඇත . තනි ස්ඵටිකයක් නිපදවිය හැකි අතර ඒවායේ ස්කන්ධය නිපදවීමේ හැකියාව විවෘත කරයි.

වික්ෂිප්ත බලශක්ති සැපයුමක් සහිත බාල්ෂර් යන්ත්රයක් සහ බාහිර ප්රතිගීක්ෂකයක් සහිත වීක්සෙල් ලේසර් ප්රකාරව සමමුහුර්තකරණය කිරීමේදී වොට් කිහිපයක බලයක් සහිත තත්ත්වයේ කදම්භයක් ලබා ගත හැකිය.

ක්වොන්ටම්-කස්සේඩ් වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක ලේසර් වල ක්රියාකාරිත්වය පදනම් වන්නේ කලාප තුළ (අන්තර් අන්තර්-අසම්බන්ධව). මෙම උපකරණ වර්ණාවලියේ අධෝරක්ත කලාපයේ මධ්යයේ සමහර විට ටෙරහර්ට් පරාසය තුළ ඇති වේ. උදාහරණයක් වශයෙන්, ගෑස් විශ්ලේෂකයින් ලෙස භාවිතා වේ.

අර්ධ සන්නායක ලේසර්: යෙදුම් සහ ප්රධාන අංග

අධි ක්රියාකාරී ඝණ-රාජ්යයේ ලේසර් වෙත බල ශක්තිය සැපයීම සඳහා මධ්යස්ථ වෝල්ටීයතාවයකින් යුත් අධි කාර්යක්ෂම විදුලි විද්යුත් පොම්පයක් සහිත ප්රබල ඩයෝඩ ලේසර් භාවිතා කරයි .

අර්ධ සන්නායක ලේසර් පුළුල් පරාසයක පැතිර යා හැකි අතර වර්ණාවලි අධෝරක්ත හා මධ්ය පරිමාණයේ අධෝරක්ත කැමරාවේ දෘශ්යමාන වේ. පුපුරා ගැනීමේ සංඛ්යාතය වෙනස් කිරීමට ඉඩ සලසන උපකරණද නිර්මාණය කර ඇත.

ෆයිබර් ඔප්ටික් සන්නිෙව්දන පේලිවල සම්ෙපේෂකවලදී ෙයොදා ගන්නා ලසර් ඩයෝඩ ඉක්මණින් ඔප්ටිකල් බලය මාරු කිරීම හා උපරිම කිරීම.

එවැනි ගුණාංගවලින් අර්ධ සන්නායක ලේසර් වඩාත්ම තාක්ෂණික වශයෙන් වැදගත් ක්වොන්ටම් උත්පාදක වර්ගයකි. ඒවා අදාළ වේ:

• ටෙලි සංවේදක සංවේදක, තයිරොමර්ස්, දෘශ්ය උච්චමාන, පරාස සොයාගැනීම්, දර්ශන, හොලෝග්රාෆි;
• දත්ත සම්ෙපේෂණය සහ ගබඩා කිරීම සඳහා දෘශ්ය තන්තු පද්ධතිවල සංෙයෝජිත සන්නිෙව්දන පද්ධති;
• ලේසර් මුද්රක, වීඩියෝ ප්රක්ෂේපක, සූචක, තීරු කේත කේතය්, රූප ස්කෑනර්, සීඩී ප්ලේයර් (DVD, CD, Blu-Ray);
• ආරක්ෂක පද්ධති, ක්වොන්ටම් ගුප්ත ෙල්ඛන, ස්වයංකරණය, දර්ශක;
• දෘෂ්ය මිනුම් විද්යාව හා වර්ණාවලීක්ෂණය
• ශල්යකර්ම, දන්ත වෛද්ය විද්යාව, රූපලාවණ්යය, චිකිත්සාව;
• ජල පිරිසැකසුම් කිරීම, ද්රව්ය සැකසීම, ඝණ-රාජ්ය ලේසර් පොම්ප කිරීම, රසායනික ප්රතික්රියා පාලනය, කාර්මික වර්ගීකරණය, කාර්මික ඉංජිනේරු විද්යාව, ජ්වලන පද්ධති, ගුවන් ආරක්ෂක පද්ධති.

ස්පන්දන ප්රතිදාන

බොහෝ අර්ධ සන්නායක ලේසර් අඛණ්ඩ කදම්භයකි. ඉලෙක්ට්රෝන වල කෙටි කාලසීමාව නිසා සන්නායකතාවේ මට්ටමේ රැඳී සිටීම නිසා Q-ස්විච් සමඟ ස්පන්ධයන් උත්පාදනය කිරීම සඳහා සුදුසු නොවේ. නමුත් ක්වොන්ටම් උත්පාදක බලශක්ති සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි කිරීම සඳහා ක්රියාකාරීව ඇති quasi-continuous mode. මීට අමතරව, අර්ධ සන්නායක ලේසර් ආකෘතිය සමමුහුර්තකරණය හෝ ගුප්ත-ස්විච් සමඟ අක්ෂර වින්යාසය ලබා ගැනීම සඳහා භාවිතා කළ හැකිය. සාමාන්යයෙන් කෙටි ස්පන්දන සාමාන්ය බලය සාමාන්යයෙන් මිලි තත්පර කිහිපයකට පමණක් සීමාවී ඇති අතර වික්සල් ලේසර් හැරුණු විට විභිජ පොම්පයක් හැරුණු විට, නිමැවුම් ප්රමාණයෙන් ගයිගහර්ට්ස් දශම සංඛ්යාත සංඛ්යාතවල බහු-වොට් පයිසොකන්කුල් ස්පන්දයන් මගින් මනිනු ලැබේ.

සමීකරණය සහ ස්ථායීකරණ

සන්නායක කලාපයේ කෙටි කාලීන ඉලෙක්ට්රෝන රැඳවීමේ වාසිය වන්නේ VCSEL ලේසර් වල 10 GHz ඉක්මවන ඉහළ අර්ධ සන්නායකවල අර්ධ සන්නායක ලේසර් වල හැකියාවයි. දෘශ්ය දත්ත සම්ෙපේෂණය, වර්ණාවලීක්ෂාව හා ෙල්සර් ස්ථායීකරණෙය්දී ෙයදුම ෙසොයා ෙගන ඇත.