4. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai alapjai szükségesek.

Az előadások a következő témára: "4. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai alapjai szükségesek."— Előadás másolata:

1 4. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai alapjai szükségesek megértésükhöz

2 Az elektromos vezetés elmélete 1. Sávelmélet 2. Fermi-Dirac eloszlás 3. Vezetéselmélet

3 Sávelmélet

4 Fermi-Dirac eloszlás Az elektronok eloszlását írja le a megengedett sávokban. Az  nergiájú szint betöltöttsége:  F az ún. Fermi-szint

5 1. Ha T  0, f(  ha  F és f(  ha  F 2. Ha T>0, f(  F ) = 1/2, azaz  F jellemzi, hogy meddig van betöltve a sáv A Fermi-szint jelentései

6 Vezetéselmélet - A szilárd testekben elektronok vezetnek, amelyek az elektromos tér hatására felgyorsulnak. - A gyorsulás során energiájuk nő. - Az elektromos vezetés feltétele, hogy az elektronok energiájukat kissé növelve megengedett sávban maradjanak.

7 Szigetelők, vezetők, félvezetők

8 A tiltott sáv szélessége gyémánt 5,2 eV  szigetelő germánium 0,6 eV  saját vezetésű félvezető

9 Vezetés fémekben A felgyorsuló elektronok növelhetik az energiájukat, mivel vannak betöltetlen szintek közvetlenül a betöltöttek felett. A vezetés 0 K-en is lehetséges.

10 Donor-szennyezett félvezető A donor elektronjainak energiája közel esik a vezető sáv aljához. Ezek az elektronok termikus gerjesztés hatására a vezető sávba juthatnak, ahol gyorsulhatnak, mivel van üres energiaszint (elektronvezetés).

11 Akceptor félvezető Az akceptor betöltetlen szintje közel esik a vegyértéksáv tetejéhez. Termikusan felkerülhetnek elektronok az akceptor szintre. A vegyértéksávban megüresedett szintek teszik lehetővé az elektronok gyorsulását (lyukvezetés).

12 Dióda sávszerkezete I.

13 Dióda sávszerkezete II.

14 Dióda sávszerkezete III.

15 Sugárzásos rekombináció

16 GaAs diódalézer

17 Gyakorlatban használt félvezetőlézerek p-Ga x Al 1-x As p-GaAs n- Ga x Al 1-x As n-GaAs Nem diódák, hanem több rétegű félvezető rendszerek. Például: aktív réteg

18 A félvezető-lézerek hullámhossza - Elsődlegesen az anyagtól függ. - Többségük az infravörös tartományban működik. Példák GaAs 900 nm Ga x In 1-x P y As 1-y 1100 -1700 nm 3000 - 30000 nm - Hangolás csak szűk tartományon belül durván hőmérsékletváltoztatással (hűteni kell) finomabban áramerősséggel

19 Félvezető-lézerek jellegzetességei - Kis méret - kis teljesítmény - Jó hatásfok - Széttartó sugár (lencserendszerrel javítják) - Olcsó - Üzemeltetése olcsó (kis elektromos teljesítményt vesz fel, léghűtés elég, nem kell hűtővíz)

20 Félvezető-lézerek jellegzetességei - Kis méret - kis teljesítmény - Jó hatásfok - Széttartó sugár (lencserendszerrel javítják) - Olcsó - Üzemeltetése olcsó (kis elektromos teljesítményt vesz fel, léghűtés elég, nem kell hűtővíz)

21

22 A kék félvezetőlézer és LED

23 Kék félvezetőlézer használata optikai tárolásban

24 Mit tett egy középvállalkozás a kutatásban?

25