අර්ධ සන්නායක ලේසර්වල හදවත: PN හන්දිය අවබෝධ කර ගැනීම

දෘෂ්ටි ඉලෙක්ට්‍රොනික තාක්‍ෂණයේ ශීඝ්‍ර දියුණුවත් සමඟ, අර්ධ සන්නායක ලේසර් සන්නිවේදනය, වෛද්‍ය උපකරණ, ලේසර් පරාසය, කාර්මික සැකසුම් සහ පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ වැනි ක්ෂේත්‍රවල පුළුල් යෙදුම් සොයාගෙන ඇත. මෙම තාක්ෂණයේ හරය වන්නේ PN හන්දිය වන අතර එය ආලෝක විමෝචන ප්‍රභවය ලෙස පමණක් නොව උපාංගයේ ක්‍රියාකාරිත්වයේ පදනම ලෙසද වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. මෙම ලිපිය අර්ධ සන්නායක ලේසර්වල PN හන්දියේ ව්‍යුහය, මූලධර්ම සහ ප්‍රධාන කාර්යයන් පිළිබඳ පැහැදිලි සහ සංක්ෂිප්ත දළ විශ්ලේෂණයක් සපයයි.

1. PN හන්දිය යනු කුමක්ද?

PN සන්ධියක් යනු P-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයක් සහ N-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයක් අතර සාදන ලද අතුරුමුහුණතයි:

P-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක බෝරෝන් (B) වැනි ප්‍රතිග්‍රාහක අපද්‍රව්‍ය සමඟ මාත්‍රණය කර ඇති අතර එමඟින් සිදුරු බහුතරයක් ආරෝපණ වාහක බවට පත් කරයි.

N-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකය පොස්පරස් (P) වැනි දායක අපද්‍රව්‍ය සමඟ මාත්‍රණය කර ඇති අතර එමඟින් ඉලෙක්ට්‍රෝන බහුතර වාහකයන් බවට පත් කරයි.

P-වර්ගයේ සහ N-වර්ගයේ ද්‍රව්‍ය ස්පර්ශයට ගෙන එන විට, N-කලාපයෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන P-කලාපයට විසරණය වන අතර, P-කලාපයෙන් සිදුරු N-කලාපයට විසරණය වේ. මෙම විසරණය ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු නැවත ඒකාබද්ධ වන ක්ෂය වීමේ කලාපයක් නිර්මාණය කරයි, අභ්‍යන්තර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් නිර්මාණය කරන ආරෝපිත අයන ඉතිරි කරයි, එය ගොඩනඟන ලද විභව බාධකයක් ලෙස හැඳින්වේ.

2. ලේසර් වල PN හන්දියේ කාර්යභාරය

(1) වාහක එන්නත් කිරීම

ලේසර් ක්‍රියාත්මක වන විට, PN හන්දිය ඉදිරි නැඹුරු වේ: P-කලාපය ධනාත්මක වෝල්ටීයතාවයකට සම්බන්ධ වන අතර, N-කලාපය සෘණ වෝල්ටීයතාවයකට සම්බන්ධ වේ. මෙය අභ්‍යන්තර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය අවලංගු කරන අතර, ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු හන්දියේ ක්‍රියාකාරී කලාපයට එන්නත් කිරීමට ඉඩ සලසයි, එහිදී ඒවා නැවත ඒකාබද්ධ වීමට ඉඩ ඇත.

(2) ආලෝක විමෝචනය: උත්තේජනය කරන ලද විමෝචනයේ ආරම්භය

ක්‍රියාකාරී කලාපයේ දී, එන්නත් කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු නැවත ඒකාබද්ධ වී ෆෝටෝන නිකුත් කරයි. මුලදී, මෙම ක්‍රියාවලිය ස්වයංසිද්ධ විමෝචනයකි, නමුත් ෆෝටෝන ඝනත්වය වැඩි වන විට, ෆෝටෝන වලට තවදුරටත් ඉලෙක්ට්‍රෝන-සිදුරු ප්‍රතිසංයෝජනය උත්තේජනය කළ හැකි අතර, එකම අවධිය, දිශාව සහ ශක්තිය සහිත අතිරේක ෆෝටෝන නිකුත් කරයි - මෙය උත්තේජනය කරන ලද විමෝචනයයි.

මෙම ක්‍රියාවලිය ලේසර් (උත්තේජිත විකිරණ මගින් ආලෝක විස්තාරණය) සඳහා අඩිතාලම සාදයි.

(3) ලාභ සහ අනුනාද කුහර ලේසර් ප්‍රතිදානය සාදයි

උත්තේජනය කරන ලද විමෝචනය විස්තාරණය කිරීම සඳහා, අර්ධ සන්නායක ලේසර්වලට PN හන්දියේ දෙපස අනුනාද කුහර ඇතුළත් වේ. දාර-විමෝචක ලේසර් වලදී, උදාහරණයක් ලෙස, බෙදා හරින ලද බ්‍රැග් පරාවර්තක (DBR) හෝ දර්පණ ආලේපන භාවිතයෙන් ආලෝකය ඉදිරියට සහ පසුපසට පරාවර්තනය කිරීම සඳහා මෙය සාක්ෂාත් කරගත හැකිය. මෙම සැකසුම ආලෝකයේ නිශ්චිත තරංග ආයාමයන් විස්තාරණය කිරීමට ඉඩ සලසයි, අවසානයේ ඉතා සුසංයෝගී සහ දිශානුගත ලේසර් ප්‍රතිදානයක් ඇති කරයි.

3. PN හන්දි ව්‍යුහයන් සහ සැලසුම් ප්‍රශස්තිකරණය

අර්ධ සන්නායක ලේසර් වර්ගය අනුව, PN ව්‍යුහය වෙනස් විය හැකිය:

තනි විෂම හන්දිය (SH):
P-කලාපය, N-කලාපය සහ ක්‍රියාකාරී කලාපය එකම ද්‍රව්‍යයෙන් සාදා ඇත. ප්‍රතිසංයෝජන කලාපය පුළුල් වන අතර අඩු කාර්යක්ෂම වේ.

ද්විත්ව විෂම හන්දිය (DH):
P- සහ N-කලාප අතර පටු කලාප පරතරයක් සහිත ක්‍රියාකාරී ස්ථරයක් සැන්ඩ්විච් කර ඇත. මෙය වාහක සහ ෆෝටෝන දෙකම සීමා කරයි, කාර්යක්ෂමතාව සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි දියුණු කරයි.

ක්වොන්ටම් ළිං ව්‍යුහය:
ක්වොන්ටම් සීමා කිරීමේ බලපෑම් නිර්මාණය කිරීමට, එළිපත්ත ලක්ෂණ සහ මොඩියුලේෂන් වේගය වැඩි දියුණු කිරීමට අතිශය තුනී ක්‍රියාකාරී තට්ටුවක් භාවිතා කරයි.

මෙම ව්‍යුහයන් සියල්ලම PN හන්දි කලාපයේ වාහක එන්නත් කිරීම, නැවත එකතු කිරීම සහ ආලෝක විමෝචනයේ කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා නිර්මාණය කර ඇත.

4. නිගමනය

PN හන්දිය සැබවින්ම අර්ධ සන්නායක ලේසරයක "හදවත" වේ. ඉදිරි නැඹුරුව යටතේ වාහක එන්නත් කිරීමේ එහි හැකියාව ලේසර් උත්පාදනය සඳහා මූලික ප්‍රේරකයයි. ව්‍යුහාත්මක නිර්මාණය සහ ද්‍රව්‍ය තේරීමේ සිට ෆෝටෝන පාලනය දක්වා, සමස්ත ලේසර් උපාංගයේ ක්‍රියාකාරිත්වය PN හන්දිය ප්‍රශස්ත කිරීම වටා භ්‍රමණය වේ.

දෘෂ්ටි ඉලෙක්ට්‍රොනික තාක්ෂණයන් අඛණ්ඩව දියුණු වන විට, PN හන්දිය භෞතික විද්‍යාව පිළිබඳ ගැඹුරු අවබෝධයක් ලේසර් ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කරනවා පමණක් නොව, ඊළඟ පරම්පරාවේ අධි බලැති, අධිවේගී සහ අඩු වියදම් අර්ධ සන්නායක ලේසර් සංවර්ධනය සඳහා ශක්තිමත් පදනමක් ද දමයි.