반도체 레이저에 대해 알고 계십니까?(3부) - 레이저 안전

반도체 레이저상관 관계 파트 3.

반도체 레이저는 일반적으로 경량, 고변조 효율, 작은 크기 등의 특성을 가지고 있어 민간, 군사, 의료 및 기타 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 고출력 반도체 레이저에 대한 연구는 1980년대에 시작되어 지금까지 멈추지 않았습니다. 반도체 기술과 레이저 기술의 지속적인 발전으로 고출력 반도체 레이저는 전력 출력, 전력 변환 및 신뢰성 측면에서 큰 발전을 이루었습니다.

도핑이 구조에 미치는 영향

도핑은 반도체의 에너지 밴드를 변경합니다. 도핑에 따라 진성 반도체의 밴드 갭 사이에 다른 에너지 준위가 있습니다. 기증자 원자는 전도대 근처에서 새로운 에너지 준위를 생성하고 받는 원자는 가전자대 근처에서 새로운 에너지 준위를 생성합니다. 붕소 원자가 실리콘에 도핑되면 실리콘에 도핑된 붕소 원자의 이온화는 붕소와 실리콘 원자가대 사이의 에너지 준위가 훨씬 더 작은 0.045 전자 볼트에 불과하기 때문에 실온에서 완전히 이온화될 수 있습니다. 1.12 전자 볼트의 실리콘 자체의 에너지 갭보다

밴드 구조에 대한 도펀트의 또 다른 중요한 효과는 페르미 에너지 준위의 위치를 변경하는 것입니다. 페르미 에너지 준위는 열 평형 상태에서 일정하게 유지되며, 이 속성은 다른 많은 유용한 전기적 속성으로 이어집니다. 예를 들어, pn 접합의 밴드는 p형 반도체와 n형 반도체의 페르미 준위가 서로 다른 위치에 있기 때문에 구부러질 수 있지만 pn 접합을 형성하려면 페르미 준위가 같은 높이를 유지해야 합니다. 결과적으로 P형 또는 N형 반도체의 전도대 또는 가전자대는 접합부에서 밴드 차이와 일치하도록 구부러집니다.

위의 효과는 밴드 다이어그램으로 설명할 수 있습니다. 밴드 차트에서 가로축은 위치를 나타내고 세로축은 에너지를 나타냅니다. 반도체의 진성페르미 준위(intrinsicFermi level)는 보통 Ei로 표현된다. 밴드 맵은 반도체 구성 요소의 동작을 해석하는 데 매우 유용한 도구입니다.

반도체와 집적회로의 관계

반도체는 전기적 성질이 도체와 절연체의 중간인 물질이다. 우리는 회로가 주로 그 안에 있는 전류의 다양한 변화로 인해 기능을 갖고 있으며 전류는 주로 금속 회로와 전자 부품 사이의 전자 흐름(움직임/이동)으로 인해 형성된다는 것을 알고 있습니다. 따라서 전자가 재료를 통해 얼마나 쉽게 이동하는지에 따라 전도성이 결정됩니다. 상온에서 일반적인 금속 재료에서 전자는 이동하는 에너지를 얻기 쉽기 때문에 전도성이 좋습니다. 물질 자체의 특성으로 인해 전자가 전기를 전도하는 데 필요한 에너지를 얻기가 어렵습니다. 절연체 내부로 이동할 수 있는 전자가 거의 없으므로 거의 비전도성입니다. 반면에 반도체 물질은 그 사이 어딘가에 있으며 불순물을 추가하고 얼마나 쉽게 전기를 전도하는지, 얼마나 쉽게 전기를 전도하는지를 인위적으로 제어함으로써 변경될 수 있습니다. 이것을 반도체의 도핑 특성이라고 합니다.

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앞서 말했듯이 집적회로의 기본은 트랜지스터이고, 트랜지스터의 발명으로 집적회로를 만들 수 있으며, 트랜지스터의 기본은 반도체이므로 반도체도 집적회로의 기본이다. 반도체는 집적회로에게, 땅은 도시에게. 분명히 산과 언덕은 도시를 건설하기에 적합하지 않으며, 모래 토양과 석회암이 있는 곳은 도시를 건설하기에 적합하지 않습니다. 도시의 "건물"에는 좋은 부지가 필요하고 회로의 "통합"에는 올바른 기본 재료 -- 반도체가 필요합니다. 일반적인 반도체 재료는 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(화합물)이며, 그 중 널리 사용되는 것은 상업적 성공을 거둔 "실리콘"입니다.

그렇다면 왜 반도체, 특히 실리콘이 집적 회로를 만드는 데 좋은가요? 몇 가지 이유가 있습니다. 규소는 지각에서 산소 다음으로 풍부한 원소입니다. 암석과 자갈에는 자연계에 규산염이나 실리카가 많이 함유되어 있어 원재료의 원가가 됩니다. 실리콘의 도핑 가능 특성은 제어하기 쉬우므로 회로 원리 때문에 요구 사항에 맞는 트랜지스터를 쉽게 만들 수 있습니다. 실리콘의 산화에 의해 형성된 이산화규소는 안정적이며 소자 구조의 이유인 반도체 소자에 필요한 우수한 절연막으로 사용될 수 있다. 핵심은 집적 회로의 평면 프로세스이며 실리콘은 산화, 리소그래피, 확산 및 기타 프로세스를 구현하기 쉽고 통합하기 쉽고 성능을 제어하기 쉽습니다. 따라서 다음은 주로 실리콘 집적회로 지식, 실리콘 트랜지스터, 집적회로 공정 이해를 바탕으로 소개하면 이 문제를 보다 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

내구성 외에도 반도체는 열 감도, 감광성, 음의 저항 온도, 재활용 가능성 및 기타 특성을 가지고 있으므로 대규모 집적 회로 제조 외에도 반도체 재료는 전력 장치, 광전자 장치, 압력 센서, 열전 냉동 및 기타 목적; 마이크로일렉트로닉스의 마이크로머시닝 기술을 이용하여 MEMS(Micromechanical Electronic System)로도 만들 수 있어 전자 및 의료 분야에 활용이 가능하다.

반도체 재료 제조

대량 생산의 요구를 충족시키기 위해서는 반도체의 전기적 특성이 예측 가능하고 안정적이어야 하므로 도핑의 순도와 반도체 격자 구조의 품질이 모두 엄격하게 요구됩니다. 일반적인 품질 문제에는 반도체 재료의 특성에 영향을 미치는 격자, 쌍정 또는 적층 결함의 전위가 포함됩니다. 반도체 구성 요소의 경우 재료 격자의 결함은 일반적으로 구성 요소의 성능에 영향을 미치는 주요 요인입니다.

고순도 단결정 반도체 재료를 성장시키는 데 사용되는 가장 일반적인 방법은 Czochralski 공정이라고합니다. 이 과정에서 단결정의 씨앗을 같은 물질의 용해된 액체에 떨어뜨리고 천천히 회전하면서 위로 끌어당긴다. 종자를 끌어올리면 용질이 고체와 액체의 경계면을 따라 응고되고 회전에 의해 용질의 온도가 같아집니다.

반도체 응용

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