تکنولوژی نیمه هادی

تکنولوژی نیمه هادی

بیش از چند دهه، منبع نور لیزر نیمه هادی و تکنولوژی آشکارساز از زمینه های اساسی تحقیقات به برنامه های کاربردی و محصولات به سرعت در حال تحول تبدیل شده است. این کمیته فرعی پیشرفت های اخیر را در توسعه دستگاه های جدید و فن آوری های مبتنی بر نیمه هادی های جدید در محدوده گسترده ای وسیع و همچنین بینش به مسائل مترولوژی، بهبود اسکنر / منبع و ادغام ساخت و بازرسی محصولات نیمه هادی گسترده تر ارائه می دهد.

موضوعات عبارتند از:

کوانتومی، سیم، سیم، داش و لیزر و دستگاه های نقطه

دینامیک لیزر

Mid-IR و لیزرهای آبشار کوانتومی

لیزرهای پالس UltraShort

منابع نور جدید (UV، VUV، EUV، اشعه ایکس)

VCsels / Vecsels و ساختار فوق العاده

لیزر و لیزرهای دیود UV و قابل مشاهده

منابع و برنامه های کاربردی فشرده THZ

فوتونیک سیلیکون

گروه IV Photonics

پیشرفت مبتنی بر نیمه هادی مبتنی بر Semiconductor: سنسورها، Lidars، و غیره

بیوفوتونیک و برنامه های کاربردی در حال ظهور

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

جلسه اول فیزیک لیزر

با خانم مهندس شکوفه ساتری

این لیستی از انواع لیزر، طول موج های عملیاتی و کاربردهای آنها است. هزاران نوع لیزر شناخته شده است، اما بیشتر آنها فقط برای تحقیقات تخصصی استفاده می شوند.

فهرست

1. بررسی اجمالی

2 لیزر گازی

3 لیزر شیمیایی

4 لیزر رنگی

5 لیزر بخار فلزی

6 لیزر حالت جامد

7 لیزر نیمه هادی

8 انواع دیگر لیزر

اختراع لیزر چاه کوانتومی

اختراع لیزر چاه کوانتومی

پس از این که این آزمایش واقعیت سطوح انرژی چاه کوانتومی پیش بینی شده را نشان داد، هنری سعی کرد به یک کاربرد فکر کند. او متوجه شد که ساختار چاه کوانتومی چگالی حالت‌های نیمه‌رسانا را تغییر می‌دهد و منجر به یک لیزر نیمه‌رسانا بهبود یافته می‌شود که به الکترون‌ها و حفره‌های الکترونی کمتری برای رسیدن به آستانه لیزری نیاز دارد. همچنین، او متوجه شد که طول موج لیزر را می توان صرفاً با تغییر ضخامت لایه های نازک چاه کوانتومی تغییر داد، در حالی که در لیزر معمولی تغییر در طول موج مستلزم تغییر در ترکیب لایه است. او استدلال کرد که چنین لیزری در مقایسه با لیزرهای ناهمساختار دوتایی استاندارد که در آن زمان ساخته می‌شدند، ویژگی‌های عملکردی برتری دارد.

دینگل و هنری حق اختراعی را در مورد این نوع جدید از لیزر نیمه هادی دریافت کردند که شامل یک جفت لایه باند پهن است که یک ناحیه فعال بین آنها قرار گرفته است، که در آن "لایه های فعال به اندازه کافی نازک هستند (مثلاً حدود 1 تا 50 نانومتر) تا کوانتوم را جدا کنند. این لیزرها با تغییر ضخامت لایه‌های فعال قابلیت تنظیم طول موج را نشان می‌دهند. همچنین امکان کاهش آستانه ناشی از تغییر چگالی حالت‌های الکترونی توضیح داده شده است. این حق اختراع در 21 سپتامبر 1976 با عنوان "اثرات کوانتومی در لیزرهای ناهمسان"، ثبت اختراع ایالات متحده به شماره 3،982،207 صادر شد.[7]

لیزرهای چاه کوانتومی به الکترون ها و حفره های کمتری برای رسیدن به آستانه نسبت به لیزرهای ناهمساختار دوتایی معمولی نیاز دارند. یک لیزر کوانتومی خوب طراحی شده می تواند جریان آستانه بسیار پایینی داشته باشد.

علاوه بر این، از آنجایی که راندمان کوانتومی (فوتون‌ها به ازای هر الکترون ورودی) تا حد زیادی توسط جذب نوری توسط الکترون‌ها و حفره‌ها محدود می‌شود، بازده کوانتومی بسیار بالایی را می‌توان با لیزر چاه کوانتومی به دست آورد.

برای جبران کاهش ضخامت لایه فعال، اغلب از تعداد کمی چاه کوانتومی یکسان استفاده می شود. این لیزر چاه چند کوانتومی نامیده می شود.

لیزر نیمه هادی

لیزر نیمه هادی (660 نانومتر، 635 نانومتر، 532 نانومتر، 520 نانومتر، 445 نانومتر، 405 نانومتر)

لیزر سیلیکونی هیبریدی

لیزر سیلیکونی هیبریدی یک لیزر نیمه هادی است که از سیلیکون و مواد نیمه هادی گروه III-V ساخته شده است. لیزر سیلیکونی هیبریدی برای رفع کمبود لیزر سیلیکونی ایجاد شد تا امکان ساخت دستگاه‌های نوری سیلیکونی کم‌هزینه و تولید انبوه را فراهم کند. رویکرد ترکیبی از خواص ساطع نور مواد نیمه هادی III-V همراه با بلوغ فرآیند سیلیکون برای ساخت لیزرهای الکتریکی بر روی ویفر سیلیکونی استفاده می کند که می تواند با سایر دستگاه های فوتونیک سیلیکونی ادغام شود.

لیزرهای نیمه هادی

لیزر کوانتومی آبشار (QCL)

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر کوانتومی آبشار (QCL) نوعی لیزر نیمه هادی است که در قسمت میانی تا مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی نور منتشر می کند. لیزرهای کوانتومی آبشار مزایای زیادی را ارائه می دهند: آنها در طیف مادون قرمز میانی از 5.5 تا 11.0 میکرومتر (900 سانتی متر در 1 تا 1800 سانتی متر در 1) قابل تنظیم هستند. ارائه زمان پاسخ سریع ؛ و روشنایی طیفی را که حتی از منبع سنکروترون به طور قابل توجهی روشن تر است ، فراهم می کند.

لیزرهای آبشار کوانتومی شامل لایه های متناوب از مواد نیمه رسانا هستند و چاههای انرژی کوانتومی را تشکیل می دهند که الکترونها را به حالتهای خاص انرژی محدود می کند. همانطور که یک الکترون در محیط لیزر حرکت می کند ، از یک چاه کوانتومی به حالت دیگر حرکت می کند ، که توسط ولتاژ اعمال شده بر روی دستگاه ایجاد می شود. در مکانهای دقیق ، که "منطقه فعال" نامیده می شود ، الکترون از یک حالت انرژی به حالت پایین تر منتقل می شود و در این فرایند ، فوتون ساطع می کند. الکترون در ساختار خود ادامه می دهد و هنگامی که با ناحیه فعال بعدی برخورد می کند ، دوباره تغییر می کند و فوتون دیگری از خود ساطع می کند. QCL ممکن است تا 75 ناحیه فعال داشته باشد و هر الکترون با عبور از ساختار ، تعداد زیادی فوتون تولید می کند.

طول موج خروجی توسط ساختار لایه ها تعیین می شود تا مواد لیزر ، و این امکان را برای سازندگان دستگاه ایجاد می کند که طول موج را به گونه ای تنظیم کنند که لیزرهای دیودی قابل تنظیم نباشند. طول موج خروجی لیزر دیود محدود به 2.5 میکرومتر است ، اما QCL ها در طول موج های بسیار طولانی تر عمل می کنند: دستگاههای تولید مادون قرمز موج میانی تا 11 میکرومتر در دسترس هستند و برخی از قطره چکانهای 25 میکرومتر به صورت آزمایشی ساخته شده اند.

گفته می شود که سیستم های میکروسکوپی مبتنی بر QCL به مقدار نسبتاً کمی قدرت و اندازه کوچک نیاز دارند و می توانند جایگزین FTIR بزرگتر و کندتر (طیف سنجی جرمی Fourier) و طیف سنجی جرمی شوند.

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر کوانتومی آبشار (QCL) نوعی لیزر نیمه هادی است که در قسمت میانی تا مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی نور منتشر می کند. لیزرهای کوانتومی آبشار مزایای زیادی را ارائه می دهند: آنها در طیف مادون قرمز میانی از 5.5 تا 11.0 میکرومتر (900 سانتی متر در 1 تا 1800 سانتی متر در 1) قابل تنظیم هستند. ارائه زمان پاسخ سریع ؛ و روشنایی طیفی را که حتی از منبع سنکروترون به طور قابل توجهی روشن تر است ، فراهم می کند.

لیزرهای آبشار کوانتومی شامل لایه های متناوب از مواد نیمه رسانا هستند و چاههای انرژی کوانتومی را تشکیل می دهند که الکترونها را به حالتهای خاص انرژی محدود می کند. همانطور که یک الکترون در محیط لیزر حرکت می کند ، از یک چاه کوانتومی به حالت دیگر حرکت می کند ، که توسط ولتاژ اعمال شده بر روی دستگاه ایجاد می شود. در مکانهای دقیق ، که "منطقه فعال" نامیده می شود ، الکترون از یک حالت انرژی به حالت پایین تر منتقل می شود و در این فرایند ، فوتون ساطع می کند. الکترون در ساختار خود ادامه می دهد و هنگامی که با ناحیه فعال بعدی برخورد می کند ، دوباره تغییر می کند و فوتون دیگری از خود ساطع می کند. QCL ممکن است تا 75 ناحیه فعال داشته باشد و هر الکترون با عبور از ساختار ، تعداد زیادی فوتون تولید می کند.

طول موج خروجی توسط ساختار لایه ها تعیین می شود تا مواد لیزر ، و این امکان را برای سازندگان دستگاه ایجاد می کند که طول موج را به گونه ای تنظیم کنند که لیزرهای دیودی قابل تنظیم نباشند. طول موج خروجی لیزر دیود محدود به 2.5 میکرومتر است ، اما QCL ها در طول موج های بسیار طولانی تر عمل می کنند: دستگاههای تولید مادون قرمز موج میانی تا 11 میکرومتر در دسترس هستند و برخی از قطره چکانهای 25 میکرومتر به صورت آزمایشی ساخته شده اند.

گفته می شود که سیستم های میکروسکوپی مبتنی بر QCL به مقدار نسبتاً کمی قدرت و اندازه کوچک نیاز دارند و می توانند جایگزین FTIR بزرگتر و کندتر (طیف سنجی جرمی Fourier) و طیف سنجی جرمی شوند.

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر کوانتومی آبشار (QCL) نوعی لیزر نیمه هادی است که در قسمت میانی تا مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی نور منتشر می کند. لیزرهای کوانتومی آبشار مزایای زیادی را ارائه می دهند: آنها در طیف مادون قرمز میانی از 5.5 تا 11.0 میکرومتر (900 سانتی متر در 1 تا 1800 سانتی متر در 1) قابل تنظیم هستند. ارائه زمان پاسخ سریع ؛ و روشنایی طیفی را که حتی از منبع سنکرترون به میزان قابل توجهی روشن تر است ، فراهم می کند.

لیزر سیلیکون ترکیبی

لیزر سیلیکون ترکیبی لیزر نیمه هادی است که از مواد نیمه هادی سیلیکون و گروه III-V ساخته شده است. لیزر سیلیکون ترکیبی برای رفع کمبود لیزر سیلیکون ساخته شده است تا بتواند دستگاه های نوری سیلیکونی با هزینه کم و قابل تولید را تولید کند. رویکرد ترکیبی از ویژگی های ساطع کننده نور نیمه هادی های III-V همراه با بلوغ فرآیند سیلیکون برای ساخت لیزرهای الکتریکی بر روی ویفر سیلیکونی استفاده می کند که می تواند با سایر دستگاه های فوتونی سیلیکون ادغام شود.