ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਲੇਜ਼ਰਾਂ ਦਾ ਦਿਲ: ਪੀਐਨ ਜੰਕਸ਼ਨ ਨੂੰ ਸਮਝਣਾ

ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੇ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਵਿਕਾਸ ਦੇ ਨਾਲ, ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਲੇਜ਼ਰਾਂ ਨੂੰ ਸੰਚਾਰ, ਮੈਡੀਕਲ ਉਪਕਰਣ, ਲੇਜ਼ਰ ਰੇਂਜਿੰਗ, ਉਦਯੋਗਿਕ ਪ੍ਰੋਸੈਸਿੰਗ ਅਤੇ ਖਪਤਕਾਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ ਵਰਗੇ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਉਪਯੋਗ ਮਿਲੇ ਹਨ। ਇਸ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੇ ਮੂਲ ਵਿੱਚ PN ਜੰਕਸ਼ਨ ਹੈ, ਜੋ ਇੱਕ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਭੂਮਿਕਾ ਨਿਭਾਉਂਦਾ ਹੈ - ਨਾ ਸਿਰਫ਼ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਨਿਕਾਸ ਦੇ ਸਰੋਤ ਵਜੋਂ, ਸਗੋਂ ਡਿਵਾਈਸ ਦੇ ਸੰਚਾਲਨ ਦੀ ਨੀਂਹ ਵਜੋਂ ਵੀ। ਇਹ ਲੇਖ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਲੇਜ਼ਰਾਂ ਵਿੱਚ PN ਜੰਕਸ਼ਨ ਦੀ ਬਣਤਰ, ਸਿਧਾਂਤਾਂ ਅਤੇ ਮੁੱਖ ਕਾਰਜਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਸਪਸ਼ਟ ਅਤੇ ਸੰਖੇਪ ਜਾਣਕਾਰੀ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦਾ ਹੈ।

1. ਪੀ ਐਨ ਜੰਕਸ਼ਨ ਕੀ ਹੈ?

ਇੱਕ PN ਜੰਕਸ਼ਨ ਇੱਕ P-ਟਾਈਪ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਅਤੇ ਇੱਕ N-ਟਾਈਪ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਵਿਚਕਾਰ ਬਣਿਆ ਇੰਟਰਫੇਸ ਹੈ:

ਪੀ-ਟਾਈਪ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਨੂੰ ਐਕਸੈਪਟਰ ਅਸ਼ੁੱਧੀਆਂ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਬੋਰਾਨ (B) ਨਾਲ ਡੋਪ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਚਾਰਜ ਕੈਰੀਅਰ ਛੇਕ ਬਣ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।

N-ਕਿਸਮ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਨੂੰ ਦਾਨੀ ਅਸ਼ੁੱਧੀਆਂ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਫਾਸਫੋਰਸ (P) ਨਾਲ ਭਰਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਬਹੁਗਿਣਤੀ ਵਾਹਕ ਬਣ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।

ਜਦੋਂ P-ਕਿਸਮ ਅਤੇ N-ਕਿਸਮ ਦੀਆਂ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਨੂੰ ਸੰਪਰਕ ਵਿੱਚ ਲਿਆਂਦਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ N-ਖੇਤਰ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ P-ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਫੈਲ ਜਾਂਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ P-ਖੇਤਰ ਤੋਂ ਛੇਕ N-ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਫੈਲ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਇਹ ਫੈਲਾਅ ਇੱਕ ਡਿਪਲੇਸ਼ਨ ਖੇਤਰ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ ਜਿੱਥੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਦੁਬਾਰਾ ਮਿਲਦੇ ਹਨ, ਚਾਰਜ ਕੀਤੇ ਆਇਨਾਂ ਨੂੰ ਪਿੱਛੇ ਛੱਡਦੇ ਹਨ ਜੋ ਇੱਕ ਅੰਦਰੂਨੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਬਣਾਉਂਦੇ ਹਨ, ਜਿਸਨੂੰ ਇੱਕ ਬਿਲਟ-ਇਨ ਸੰਭਾਵੀ ਰੁਕਾਵਟ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

2. ਲੇਜ਼ਰਾਂ ਵਿੱਚ ਪੀਐਨ ਜੰਕਸ਼ਨ ਦੀ ਭੂਮਿਕਾ

(1) ਕੈਰੀਅਰ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ

ਜਦੋਂ ਲੇਜ਼ਰ ਕੰਮ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ PN ਜੰਕਸ਼ਨ ਅੱਗੇ ਵੱਲ ਪੱਖਪਾਤੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ: P-ਖੇਤਰ ਇੱਕ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਵੋਲਟੇਜ ਨਾਲ ਜੁੜਿਆ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ N-ਖੇਤਰ ਇੱਕ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਵੋਲਟੇਜ ਨਾਲ। ਇਹ ਅੰਦਰੂਨੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਨੂੰ ਰੱਦ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਅਤੇ ਛੇਕਾਂ ਨੂੰ ਜੰਕਸ਼ਨ 'ਤੇ ਸਰਗਰਮ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਇੰਜੈਕਟ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ ਉਹਨਾਂ ਦੇ ਦੁਬਾਰਾ ਜੁੜਨ ਦੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।

(2) ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਨਿਕਾਸ: ਉਤੇਜਿਤ ਨਿਕਾਸ ਦਾ ਮੂਲ

ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ, ਟੀਕੇ ਲਗਾਏ ਗਏ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਦੁਬਾਰਾ ਮਿਲਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਫੋਟੌਨ ਛੱਡਦੇ ਹਨ। ਸ਼ੁਰੂ ਵਿੱਚ, ਇਹ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਸਵੈ-ਚਾਲਿਤ ਨਿਕਾਸ ਹੈ, ਪਰ ਜਿਵੇਂ-ਜਿਵੇਂ ਫੋਟੋਨ ਘਣਤਾ ਵਧਦੀ ਹੈ, ਫੋਟੌਨ ਹੋਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਪੁਨਰ-ਸੰਯੋਜਨ ਨੂੰ ਉਤੇਜਿਤ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਉਸੇ ਪੜਾਅ, ਦਿਸ਼ਾ ਅਤੇ ਊਰਜਾ ਦੇ ਨਾਲ ਵਾਧੂ ਫੋਟੌਨ ਛੱਡਦੇ ਹਨ - ਇਹ ਉਤੇਜਿਤ ਨਿਕਾਸ ਹੈ।

ਇਹ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਇੱਕ ਲੇਜ਼ਰ (ਰੇਡੀਏਸ਼ਨ ਦੇ ਉਤੇਜਿਤ ਨਿਕਾਸ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਪ੍ਰਵਧਾਨ) ਦੀ ਨੀਂਹ ਰੱਖਦੀ ਹੈ।

(3) ਗੇਨ ਅਤੇ ਰੈਜ਼ੋਨੈਂਟ ਕੈਵਿਟੀਜ਼ ਲੇਜ਼ਰ ਆਉਟਪੁੱਟ ਬਣਾਉਂਦੇ ਹਨ।

ਉਤੇਜਿਤ ਨਿਕਾਸ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ, ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਲੇਜ਼ਰਾਂ ਵਿੱਚ PN ਜੰਕਸ਼ਨ ਦੇ ਦੋਵੇਂ ਪਾਸੇ ਗੂੰਜਦੀਆਂ ਖੋੜਾਂ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ। ਉਦਾਹਰਣ ਵਜੋਂ, ਕਿਨਾਰੇ-ਨਿਸਰਣ ਵਾਲੇ ਲੇਜ਼ਰਾਂ ਵਿੱਚ, ਇਹ ਡਿਸਟ੍ਰੀਬਿਊਟਿਡ ਬ੍ਰੈਗ ਰਿਫਲੈਕਟਰ (DBRs) ਜਾਂ ਸ਼ੀਸ਼ੇ ਦੀਆਂ ਕੋਟਿੰਗਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਤਾਂ ਜੋ ਰੌਸ਼ਨੀ ਨੂੰ ਅੱਗੇ-ਪਿੱਛੇ ਪ੍ਰਤੀਬਿੰਬਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕੇ। ਇਹ ਸੈੱਟਅੱਪ ਰੌਸ਼ਨੀ ਦੀਆਂ ਖਾਸ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਬਹੁਤ ਹੀ ਇਕਸਾਰ ਅਤੇ ਦਿਸ਼ਾਤਮਕ ਲੇਜ਼ਰ ਆਉਟਪੁੱਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।

3. ਪੀਐਨ ਜੰਕਸ਼ਨ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਅਤੇ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਔਪਟੀਮਾਈਜੇਸ਼ਨ

ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਲੇਜ਼ਰ ਦੀ ਕਿਸਮ 'ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦਿਆਂ, PN ਬਣਤਰ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ:

ਸਿੰਗਲ ਹੇਟਰੋਜੰਕਸ਼ਨ (SH):
P-ਖੇਤਰ, N-ਖੇਤਰ, ਅਤੇ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਖੇਤਰ ਇੱਕੋ ਸਮੱਗਰੀ ਤੋਂ ਬਣੇ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਪੁਨਰ-ਸੰਯੋਜਨ ਖੇਤਰ ਚੌੜਾ ਅਤੇ ਘੱਟ ਕੁਸ਼ਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।

ਡਬਲ ਹੇਟਰੋਜੰਕਸ਼ਨ (DH):
ਇੱਕ ਤੰਗ ਬੈਂਡਗੈਪ ਐਕਟਿਵ ਪਰਤ P- ਅਤੇ N-ਖੇਤਰਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਸੈਂਡਵਿਚ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਕੈਰੀਅਰਾਂ ਅਤੇ ਫੋਟੌਨਾਂ ਦੋਵਾਂ ਨੂੰ ਸੀਮਤ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਿੱਚ ਕਾਫ਼ੀ ਸੁਧਾਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।

ਕੁਆਂਟਮ ਵੈੱਲ ਬਣਤਰ:
ਕੁਆਂਟਮ ਸੀਮਤ ਪ੍ਰਭਾਵ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਇੱਕ ਅਤਿ-ਪਤਲੀ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਪਰਤ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਥ੍ਰੈਸ਼ਹੋਲਡ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਅਤੇ ਮੋਡੂਲੇਸ਼ਨ ਗਤੀ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ।

ਇਹ ਸਾਰੇ ਢਾਂਚੇ PN ਜੰਕਸ਼ਨ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਕੈਰੀਅਰ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ, ਰੀਕੰਬੀਨੇਸ਼ਨ, ਅਤੇ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਨਿਕਾਸ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਤਿਆਰ ਕੀਤੇ ਗਏ ਹਨ।

4. ਸਿੱਟਾ

ਪੀਐਨ ਜੰਕਸ਼ਨ ਸੱਚਮੁੱਚ ਇੱਕ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਲੇਜ਼ਰ ਦਾ "ਦਿਲ" ਹੈ। ਫਾਰਵਰਡ ਬਾਈਸ ਦੇ ਅਧੀਨ ਕੈਰੀਅਰਾਂ ਨੂੰ ਇੰਜੈਕਟ ਕਰਨ ਦੀ ਇਸਦੀ ਯੋਗਤਾ ਲੇਜ਼ਰ ਪੀੜ੍ਹੀ ਲਈ ਬੁਨਿਆਦੀ ਟਰਿੱਗਰ ਹੈ। ਢਾਂਚਾਗਤ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਅਤੇ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਚੋਣ ਤੋਂ ਲੈ ਕੇ ਫੋਟੋਨ ਨਿਯੰਤਰਣ ਤੱਕ, ਪੂਰੇ ਲੇਜ਼ਰ ਡਿਵਾਈਸ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਪੀਐਨ ਜੰਕਸ਼ਨ ਨੂੰ ਅਨੁਕੂਲ ਬਣਾਉਣ ਦੇ ਆਲੇ-ਦੁਆਲੇ ਘੁੰਮਦੀ ਹੈ।

ਜਿਵੇਂ-ਜਿਵੇਂ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਅੱਗੇ ਵਧਦੀਆਂ ਰਹਿੰਦੀਆਂ ਹਨ, ਪੀਐਨ ਜੰਕਸ਼ਨ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨ ਦੀ ਡੂੰਘੀ ਸਮਝ ਨਾ ਸਿਰਫ਼ ਲੇਜ਼ਰ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨੂੰ ਵਧਾਉਂਦੀ ਹੈ ਬਲਕਿ ਉੱਚ-ਸ਼ਕਤੀ, ਉੱਚ-ਗਤੀ ਅਤੇ ਘੱਟ ਲਾਗਤ ਵਾਲੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਲੇਜ਼ਰਾਂ ਦੀ ਅਗਲੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਲਈ ਇੱਕ ਠੋਸ ਨੀਂਹ ਵੀ ਰੱਖਦੀ ਹੈ।