ຫົວໃຈຂອງເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳ: ການເຂົ້າໃຈຈຸດຕໍ່ PN

ດ້ວຍການພັດທະນາຢ່າງວ່ອງໄວຂອງເຕັກໂນໂລຊີອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ, ເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳໄດ້ພົບເຫັນການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການສື່ສານ, ອຸປະກອນການແພດ, ການວັດແທກເລເຊີ, ການປຸງແຕ່ງອຸດສາຫະກຳ, ແລະ ເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າສຳລັບຜູ້ບໍລິໂພກ. ແກ່ນແທ້ຂອງເຕັກໂນໂລຊີນີ້ແມ່ນຈຸດຕໍ່ PN, ເຊິ່ງມີບົດບາດສຳຄັນ - ບໍ່ພຽງແຕ່ເປັນແຫຼ່ງປ່ອຍແສງເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງເປັນພື້ນຖານຂອງການເຮັດວຽກຂອງອຸປະກອນ. ບົດຄວາມນີ້ໃຫ້ພາບລວມທີ່ຊັດເຈນ ແລະ ກະທັດຮັດກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງ, ຫຼັກການ, ແລະ ໜ້າທີ່ຫຼັກຂອງຈຸດຕໍ່ PN ໃນເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳ.

1. ຈຸດຕໍ່ PN ແມ່ນຫຍັງ?

ຈຸດຕໍ່ PN ແມ່ນຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ສ້າງຂຶ້ນລະຫວ່າງເຄິ່ງຕົວນຳປະເພດ P ແລະເຄິ່ງຕົວນຳປະເພດ N:

ເຄິ່ງຕົວນຳປະເພດ P ແມ່ນຖືກໂດບດ້ວຍສິ່ງເຈືອປົນຂອງຕົວຮັບ ເຊັ່ນ ໂບຣອນ (B), ເຮັດໃຫ້ຮູເປັນຕົວນຳປະຈຸສ່ວນໃຫຍ່.

ເຄິ່ງຕົວນຳປະເພດ N ແມ່ນຖືກໂດບດ້ວຍສິ່ງເຈືອປົນຂອງຜູ້ໃຫ້ເຊັ່ນ: ຟອສຟໍຣັດ (P), ເຮັດໃຫ້ເອເລັກຕຣອນເປັນຕົວນຳສ່ວນໃຫຍ່.

ເມື່ອວັດສະດຸປະເພດ P ແລະປະເພດ N ຖືກນຳມາຕິດຕໍ່ກັນ, ເອເລັກຕຣອນຈາກພາກພື້ນ N ຈະແຜ່ກະຈາຍໄປສູ່ພາກພື້ນ P, ແລະຮູຈາກພາກພື້ນ P ຈະແຜ່ກະຈາຍໄປສູ່ພາກພື້ນ N. ການແຜ່ກະຈາຍນີ້ສ້າງພາກພື້ນທີ່ເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຮູລວມຕົວກັນ, ປະໄວ້ໄອອອນທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ສ້າງສະໜາມໄຟຟ້າພາຍໃນ, ເຊິ່ງເອີ້ນວ່າສິ່ງກີດຂວາງທ່າແຮງໃນຕົວ.

2. ບົດບາດຂອງຈຸດຕໍ່ PN ໃນເລເຊີ

(1) ການສີດຢາພາຫະນະ

ເມື່ອເລເຊີເຮັດວຽກ, ຈຸດຕໍ່ PN ຈະມີອະຄະຕິໄປທາງໜ້າ: ພາກພື້ນ P ເຊື່ອມຕໍ່ກັບແຮງດັນບວກ, ແລະ ພາກພື້ນ N ເຊື່ອມຕໍ່ກັບແຮງດັນລົບ. ສິ່ງນີ້ຍົກເລີກສະໜາມໄຟຟ້າພາຍໃນ, ຊ່ວຍໃຫ້ເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຮູຖືກສີດເຂົ້າໄປໃນພາກພື້ນທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຢູ່ທີ່ຈຸດຕໍ່, ບ່ອນທີ່ພວກມັນມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະລວມຕົວກັນຄືນໃໝ່.

(2) ການປ່ອຍແສງ: ຕົ້ນກຳເນີດຂອງການປ່ອຍແສງທີ່ຖືກກະຕຸ້ນ

ໃນພື້ນທີ່ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ, ເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຮູທີ່ຖືກສັກເຂົ້າໄປຈະລວມຕົວກັນຄືນໃໝ່ ແລະ ປ່ອຍໂຟຕອນອອກມາ. ໃນເບື້ອງຕົ້ນ, ຂະບວນການນີ້ແມ່ນການປ່ອຍອອກມາເອງ, ແຕ່ເມື່ອຄວາມໜາແໜ້ນຂອງໂຟຕອນເພີ່ມຂຶ້ນ, ໂຟຕອນສາມາດກະຕຸ້ນການລວມຕົວກັນຄືນໃໝ່ຂອງຮູເອເລັກຕຣອນ, ໂດຍປ່ອຍໂຟຕອນເພີ່ມເຕີມທີ່ມີໄລຍະ, ທິດທາງ ແລະ ພະລັງງານດຽວກັນ - ນີ້ແມ່ນການປ່ອຍອອກມາທີ່ຖືກກະຕຸ້ນ.

ຂະບວນການນີ້ເປັນພື້ນຖານຂອງເລເຊີ (ການຂະຫຍາຍແສງໂດຍການກະຕຸ້ນການປ່ອຍລັງສີ).

(3) ການເພີ່ມ ແລະ ຊ່ອງຫວ່າງສະທ້ອນຈາກຜົນຜະລິດເລເຊີ

ເພື່ອຂະຫຍາຍການປ່ອຍແສງທີ່ຖືກກະຕຸ້ນ, ເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳປະກອບມີຊ່ອງສະທ້ອນຢູ່ທັງສອງດ້ານຂອງຈຸດຕໍ່ PN. ຕົວຢ່າງ, ໃນເລເຊີທີ່ປ່ອຍແສງຂອບ, ສິ່ງນີ້ສາມາດບັນລຸໄດ້ໂດຍໃຊ້ຕົວສະທ້ອນແສງ Bragg ແບບກະຈາຍ (DBRs) ຫຼື ການເຄືອບກະຈົກເພື່ອສະທ້ອນແສງໄປມາ. ການຕັ້ງຄ່ານີ້ຊ່ວຍໃຫ້ຄວາມຍາວຄື້ນສະເພາະຂອງແສງຖືກຂະຫຍາຍອອກ, ໃນທີ່ສຸດຈະສົ່ງຜົນໃຫ້ຜົນຜະລິດເລເຊີທີ່ມີຄວາມສອດຄ່ອງແລະມີທິດທາງສູງ.

3. ໂຄງສ້າງ PN Junction ແລະ ການເພີ່ມປະສິດທິພາບການອອກແບບ

ໂຄງສ້າງ PN ອາດແຕກຕ່າງກັນໄປຕາມປະເພດຂອງເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳ:

ເຮເຕີໂຣຈູນຊັນດ່ຽວ (SH):
ພາກພື້ນ P, ພາກພື້ນ N, ແລະ ພາກພື້ນທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວແມ່ນເຮັດດ້ວຍວັດສະດຸດຽວກັນ. ພາກພື້ນການລວມຕົວແມ່ນກວ້າງ ແລະ ມີປະສິດທິພາບໜ້ອຍກວ່າ.

ເຮເຕີໂຣຈູນຊັນຄູ່ (DH):
ຊັ້ນ bandgap ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທີ່ແຄບກວ່າແມ່ນຖືກຄັ້ນຢູ່ລະຫວ່າງພາກພື້ນ P- ແລະ N. ສິ່ງນີ້ຈຳກັດທັງຕົວນຳ ແລະ ໂຟຕອນ, ເຊິ່ງປັບປຸງປະສິດທິພາບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.

ໂຄງສ້າງບໍ່ຄວອນຕຳ:
ໃຊ້ຊັ້ນທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວບາງໆເພື່ອສ້າງຜົນກະທົບຂອງການກັກຂັງ quantum, ປັບປຸງຄຸນລັກສະນະຂອງຂອບເຂດ ແລະ ຄວາມໄວໃນການມອດູເລດ.

ໂຄງສ້າງເຫຼົ່ານີ້ລ້ວນແຕ່ຖືກອອກແບບມາເພື່ອເສີມຂະຫຍາຍປະສິດທິພາບຂອງການສີດສານພາຫະນະ, ການລວມຕົວກັນຄືນໃໝ່, ແລະ ການປ່ອຍແສງໃນພາກພື້ນ PN junction.

4. ສະຫຼຸບ

ຈຸດຕໍ່ PN ແມ່ນ "ຫົວໃຈ" ຂອງເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳຢ່າງແທ້ຈິງ. ຄວາມສາມາດຂອງມັນໃນການສີດຕົວນຳພາຍໃຕ້ຄວາມລຳອຽງທາງໜ້າແມ່ນຕົວກະຕຸ້ນພື້ນຖານສຳລັບການຜະລິດເລເຊີ. ຕັ້ງແຕ່ການອອກແບບໂຄງສ້າງ ແລະ ການເລືອກວັດສະດຸຈົນເຖິງການຄວບຄຸມໂຟຕອນ, ປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນເລເຊີທັງໝົດໝູນວຽນຢູ່ກັບການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຈຸດຕໍ່ PN.

ໃນຂະນະທີ່ເຕັກໂນໂລຊີອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກສືບຕໍ່ກ້າວໜ້າ, ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ເລິກເຊິ່ງກ່ຽວກັບຟີຊິກຂອງ PN junction ບໍ່ພຽງແຕ່ຊ່ວຍເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງເລເຊີເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງວາງພື້ນຖານທີ່ແຂງແກ່ນສຳລັບການພັດທະນາເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີພະລັງງານສູງ, ຄວາມໄວສູງ ແລະ ລາຄາຕໍ່າລຸ້ນຕໍ່ໄປ.