반도체 레이저에 대해 알고 계십니까?(2부)

반도체 레이저 상관 관계 파트 2.

레이저는 최신 레이저 가공 시스템의 필수 핵심 구성 요소 중 하나입니다. 레이저 가공 기술의 발전과 함께 레이저도 지속적으로 발전하고 있으며 많은 새로운 레이저가 있습니다.

도핑된 반도체 레이저

반도체는 도핑으로 알려진 공정인 결정 격자에 불순물을 삽입하여 전기적 특성을 변경할 수 있기 때문에 오늘날의 디지털 세계에서 널리 사용됩니다.

반도체의 불순물은 저항률에 상당한 영향을 미칩니다. 미량의 불순물이 반도체에 추가되면 불순물 원자 근처의 주기적인 전위장이 교란되고 추가 결합 상태가 형성되어 밴드 갭에 추가 불순물 준위가 생깁니다. 예를 들어 4원소인 게르마늄이나 규소 결정에 인, 비소, 안티몬 등의 불순물 원자를 첨가하면 불순물 원자는 격자의 한 분자로서 5개의 원자가 전자 중 4개가 주변과 공유 결합을 형성한다. 게르마늄(또는 규소) 원자와 여분의 전자가 불순물 원자에 결합되어 수소와 같은 에너지 준위를 생성합니다. 불순물 레벨은 금지대 위에 있고 전도대 바닥 근처에 있습니다. 불순물 준위의 전자는 전자 캐리어로서 전도대로 쉽게 여기됩니다. 전자 운반체를 제공하는 불순물을 도너(donor)라고 하고, 해당 에너지 준위를 도너 준위(donor level)라고 합니다.

진성 반도체의 불순물 농도와 극성은 반도체의 전도 특성에 큰 영향을 미칩니다. 도핑된 반도체를 외인성 반도체라고 합니다.

도핑 반도체 : 불순물 반도체는 소수의 적절한 불순물 원소를 진성 반도체에 혼합하여 확산 공정으로 얻습니다.

P형 반도체 레이저: 결정 격자의 규소 원자 대신에 3가 원소(예: 붕소)를 혼합하여 순수한 규소 결정을 형성합니다.

다수 캐리어: P형 반도체에서 정공의 농도는 다수 캐리어 또는 간단히 폴리 캐리어로 알려진 자유 전자의 농도보다 큽니다.

소수 캐리어: P형 반도체에서 자유 전자는 소수 캐리어 또는 줄여서 소수 캐리어입니다.

억셉터 원자: 불순물 원자의 공석이 전자를 흡수하며 이를 억셉터 원자라고 합니다.

P형 반도체의 전도성 특성: 정공에 의해 전기가 통합니다. 불순물이 더 많이 첨가될수록 폴리곤(홀)의 농도가 높아지고 전도 성능이 강해집니다.

N형 반도체 레이저: 결정 격자의 규소 원자 대신에 5가 원소(예: 인)를 혼합하여 순수한 규소 결정을 형성합니다.

많은 전자 : N 형 반도체에서 많은 전자는 자유 전자입니다.

소수: N형 반도체에서 소수는 정공입니다.

도너 원자: 전자를 제공할 수 있는 불순물 원자를 도너 원자라고 합니다.

N형 반도체의 전도성: 불순물이 더 많이 첨가될수록 폴리곤(자유 전자)의 농도가 높아지고 전도성이 강해집니다.

반도체 레이저 도핑

도핑된 물질의 양전하 또는 음전하에 따라 도핑된 물질은 도너(donor)와 억셉터(acceptor)로 나눌 수 있다. 도너 원자로부터의 원자가 전자(valence electrons)는 도핑된 물질 원자에 공유 결합하는 원자가 전자이고 따라서 묶인다. 도핑된 물질의 원자에 공유 결합되지 않은 전자는 도너 전자라고도 하는 도너 원자에 약하게 결합됩니다.

진성 반도체의 원자가 전자와 비교할 때 도너 전자가 전도대로 전환하는 데 필요한 에너지가 낮고 반도체 재료의 격자에서 이동하여 전류를 생성하기가 더 쉽습니다. 도너 전자는 에너지를 얻어 전도대로 점프하지만 진성 반도체처럼 전기 정공을 남기지 않고 도너 원자는 전자를 잃은 뒤 반도체 물질의 결정 격자에만 고정된다. 따라서 도핑으로 인해 전도를 제공하기 위해 과잉 전자를 얻는 반도체를 N형 반도체라고 합니다. 여기서 n은 음으로 하전된 전자를 나타냅니다.

도너와 달리 억셉터 원자가 반도체 격자에 들어가면 원자가 전자의 수가 반도체 원자보다 적기 때문에 등가의 빈자리가 생기고 이 여분의 빈자리를 전기 정공이라고 볼 수 있다. 도핑된 반도체를 P형 반도체라고 하며, 여기서 p는 양전하를 띤 정공을 나타냅니다.

도핑의 효과는 실리콘의 진성 반도체로 설명됩니다. 실리콘은 4개의 원자가 전자를 가지며, 실리콘에 일반적으로 사용되는 도핑 물질에는 3가 및 5가 원소가 포함됩니다. 붕소와 같이 원자가 전자가 3개뿐인 3가 원소를 실리콘 반도체에 도핑하면 붕소가 억셉터 역할을 하고, 붕소가 도핑된 실리콘 반도체는 P형 반도체가 된다. 반대로 실리콘 반도체에 인(phosphorus)과 같은 5가 원소를 도핑하면 인이 도너 역할을 하고 도핑된 인 실리콘 반도체는 N형 반도체가 된다.

반도체 물질은 도너(donor)와 억셉터(acceptor)로 도핑될 수 있는데, 반도체가 N형인지 P형인지는 도핑된 반도체에 따라 억셉터가 정공의 농도를 높이거나 도너가 전자의 농도를 높이는데, 즉, 반도체의 "다수 캐리어"는 무엇입니까? 다수 반송파의 반대는 소수 반송파이다. 반도체 부품의 동작원리를 분석하기 위해서는 반도체 내 소수의 캐리어 거동이 매우 중요하다.

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