የሴሚኮንዳክተር ሌዘር ልብ፡ የፒኤን መጋጠሚያን መረዳት

የኦፕቶኤሌክትሮኒክስ ቴክኖሎጂ ፈጣን እድገትን ተከትሎ፣ ሴሚኮንዳክተር ሌዘሮች እንደ ኮሙኒኬሽን፣ የህክምና መሳሪያዎች፣ የሌዘር ሬንጅ፣ የኢንዱስትሪ ማቀነባበሪያ እና የሸማቾች ኤሌክትሮኒክስ ባሉ መስኮች ሰፊ አፕሊኬሽኖችን አግኝተዋል። የዚህ ቴክኖሎጂ ዋና አካል የፒኤን መጋጠሚያ ሲሆን ይህም ወሳኝ ሚና ይጫወታል - የብርሃን ልቀት ምንጭ ብቻ ሳይሆን የመሳሪያው አሠራር መሠረትም ጭምር። ይህ ጽሑፍ በሴሚኮንዳክተር ሌዘሮች ውስጥ የፒኤን መጋጠሚያ አወቃቀር፣ መርሆዎች እና ቁልፍ ተግባራት ግልጽ እና አጭር አጠቃላይ እይታ ይሰጣል።

1. የፒኤን መጋጠሚያ ምንድን ነው?

የፒኤን መጋጠሚያ በፒ-አይነት ሴሚኮንዳክተር እና በኤን-አይነት ሴሚኮንዳክተር መካከል የሚፈጠረው በይነገጽ ነው፡

የፒ-አይነት ሴሚኮንዳክተር እንደ ቦሮን (ቢ) ባሉ ተቀባይ ቆሻሻዎች የተሞላ ሲሆን ይህም አብዛኛዎቹን የቻርጅ ተሸካሚዎች ቀዳዳዎችን ያደርገዋል።

የኤን-አይነት ሴሚኮንዳክተር እንደ ፎስፈረስ (P) ባሉ የለጋሽ ቆሻሻዎች የተሞላ ሲሆን ይህም ኤሌክትሮኖችን አብዛኛዎቹን ተሸካሚዎች ያደርጋቸዋል።

የP-አይነት እና የN-አይነት ቁሶች ሲገናኙ፣ ከN-አይነት ኤሌክትሮኖች ወደ P-አይነት ይሰራጫሉ፣ እና ከP-አይነት ጉድጓዶች ወደ N-አይነት ይሰራጫሉ። ይህ ስርጭት ኤሌክትሮኖች እና ጉድጓዶች እንደገና የሚቀላቀሉበት የመሟሟት ክልል ይፈጥራል፣ ይህም ውስጣዊ የኤሌክትሪክ መስክ የሚፈጥሩ እና አብሮገነብ እምቅ መከላከያ በመባል የሚታወቀውን ቻርጅ አየኖች ይተዋል።

2. የ PN መጋጠሚያ በሌዘር ውስጥ ያለው ሚና

(1) ተሸካሚ መርፌ

ሌዘር ሲሰራ፣ የፒኤን መጋጠሚያ ወደፊት የተዛባ ነው፡ የፒ-ክልል ከአዎንታዊ ቮልቴጅ ጋር የተገናኘ ሲሆን ኤን-ክልሉ ደግሞ ከአሉታዊ ቮልቴጅ ጋር የተገናኘ ነው። ይህም ውስጣዊ የኤሌክትሪክ መስክን ይሰርዛል፣ ይህም ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች በመገናኛው ላይ ወዳለው ንቁ ክልል እንዲገቡ ያስችላቸዋል፣ እዚያም እንደገና ሊዋሃዱ ይችላሉ።

(2) የብርሃን ልቀት፡- የተቀሰቀሰ ልቀት አመጣጥ

በንቃት ክልል ውስጥ፣ የተወጉ ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች እንደገና ይዋሃዳሉ እና ፎቶኖችን ይለቃሉ። መጀመሪያ ላይ ይህ ሂደት ድንገተኛ ልቀት ነው፣ ነገር ግን የፎቶን ጥግግት እየጨመረ ሲሄድ፣ ፎቶኖች ተጨማሪ የኤሌክትሮን-ሆል ዳግም ውህደትን ሊያነቃቁ ይችላሉ፣ በተመሳሳይ ደረጃ፣ አቅጣጫ እና ጉልበት ተጨማሪ ፎቶኖችን ይለቀቃሉ - ይህ የተነቃቃ ልቀት ነው።

ይህ ሂደት የሌዘር (በጨረር ጨረር ምክንያት የብርሃን ማጉያ) መሠረት ይፈጥራል።

(3) ጌይን እና ሬዞናንት ካቪየቶች ፎርም ሌዘር ውፅዓት

የተቀሰቀሰውን ልቀት ለማጉላት፣ ሴሚኮንዳክተር ሌዘሮች በፒኤን መጋጠሚያ በሁለቱም በኩል ሬዞናንት ካቭሎችን ያካትታሉ። ለምሳሌ፣ በጠርዝ አመንጪ ሌዘሮች ውስጥ፣ ይህ ብርሃንን ወደ ኋላና ወደ ፊት ለማንፀባረቅ የተከፋፈሉ ብራግ ሪፍሌክተሮች (DBRs) ወይም የመስታወት ሽፋኖችን በመጠቀም ማግኘት ይቻላል። ይህ ማዋቀር የተወሰኑ የብርሃን ሞገድ ርዝመቶች እንዲጨምሩ ያስችላል፣ በመጨረሻም በጣም ወጥ የሆነ እና አቅጣጫዊ የሌዘር ውጤት ያስገኛል።

3. የፒኤን መጋጠሚያ መዋቅሮች እና የዲዛይን ማሻሻያ

እንደ ሴሚኮንዳክተር ሌዘር አይነት፣ የፒኤን አወቃቀር ሊለያይ ይችላል፡

ነጠላ ሄትሮጁንክሽን (SH):
የፒ-ክልል፣ የኤን-ክልል እና አክቲቭ ክልል ከተመሳሳይ ቁሳቁስ የተሠሩ ናቸው። የድጋሚ ውህደት ክልል ሰፊ እና ብዙም ውጤታማ ያልሆነ ነው።

ድርብ ሄትሮጁንክሽን (DH):
ጠባብ የባንድ ክፍተት አክቲቭ ንብርብር በፒ- እና ኤን-ክልሎች መካከል ተጣብቋል። ይህ ሁለቱንም ተሸካሚዎች እና ፎቶኖች ይገድባል፣ ይህም ቅልጥፍናን በእጅጉ ያሻሽላል።

የኳንተም ጉድጓድ አወቃቀር፡
የኳንተም ኮንሰንትሬሽን ተፅእኖዎችን ለመፍጠር፣ የወሰን ባህሪያትን እና የሞዱሌሽን ፍጥነትን ለማሻሻል እጅግ በጣም ቀጭን የሆነ አክቲቭ ንብርብር ይጠቀማል።

እነዚህ መዋቅሮች በሙሉ በፒኤን መጋጠሚያ ክልል ውስጥ የተሸካሚ ​​መርፌ፣ ዳግም ውህደት እና የብርሃን ልቀት ውጤታማነትን ለማሻሻል የተነደፉ ናቸው።

4. መደምደሚያ

የፒኤን መጋጠሚያው በእርግጥ የሴሚኮንዳክተር ሌዘር "ልብ" ነው። ወደፊት አድልዎ ስር ተሸካሚዎችን የመርፌ የመውሰድ ችሎታው ለሌዘር ማመንጨት መሰረታዊ ቀስቅሴ ነው። ከመዋቅራዊ ዲዛይን እና ከቁሳቁስ ምርጫ እስከ ፎቶን ቁጥጥር፣ የጠቅላላው የሌዘር መሳሪያ አፈጻጸም የፒኤን መጋጠሚያን በማመቻቸት ላይ ያተኩራል።

የኦፕቶኤሌክትሮኒክስ ቴክኖሎጂዎች እየገፉ ሲሄዱ፣ የPN መጋጠሚያ ፊዚክስን በጥልቀት መረዳት የሌዘር አፈጻጸምን ከማሻሻል ባለፈ ለቀጣዩ ትውልድ ከፍተኛ ኃይል፣ ከፍተኛ ፍጥነት እና ዝቅተኛ ወጪ የሚጠይቁ የሴሚኮንዳክተር ሌዘሮችን ለማልማት ጠንካራ መሠረት ይጥላል።