ជាមួយនឹងការអភិវឌ្ឍន៍យ៉ាងឆាប់រហ័សនៃបច្ចេកវិទ្យា optoelectronic ឡាស៊ែរ semiconductor បានរកឃើញកម្មវិធីយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងវិស័យដូចជា ទំនាក់ទំនង ឧបករណ៍វេជ្ជសាស្ត្រ ជួរឡាស៊ែរ ដំណើរការឧស្សាហកម្ម និងគ្រឿងអេឡិចត្រូនិក។ ស្នូលនៃបច្ចេកវិទ្យានេះគឺ PN junction ដែលដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់—មិនត្រឹមតែជាប្រភពនៃការបញ្ចេញពន្លឺប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែក៏ជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃប្រតិបត្តិការរបស់ឧបករណ៍ផងដែរ។ អត្ថបទនេះផ្តល់នូវទិដ្ឋភាពទូទៅច្បាស់លាស់ និងសង្ខេបនៃរចនាសម្ព័ន្ធ គោលការណ៍ និងមុខងារសំខាន់ៗនៃប្រសព្វ PN នៅក្នុងឡាស៊ែរ semiconductor ។
1. អ្វីទៅជា PN Junction?
ប្រសព្វ PN គឺជាចំណុចប្រទាក់ដែលបង្កើតឡើងរវាង P-type semiconductor និង N-type semiconductor:
ប្រភេទ P-type semiconductor ត្រូវបានជ្រលក់ជាមួយនឹងភាពមិនបរិសុទ្ធដែលអាចទទួលយកបាន ដូចជា boron (B) ដែលធ្វើឱ្យរន្ធដែលផ្ទុកបន្ទុកភាគច្រើន។
ប្រភេទ N-type semiconductor ត្រូវបានជ្រលក់ជាមួយនឹងភាពមិនបរិសុទ្ធរបស់ម្ចាស់ជំនួយ ដូចជាផូស្វ័រ (P) ដែលធ្វើឱ្យអេឡិចត្រុងជាក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនភាគច្រើន។
នៅពេលដែលវត្ថុធាតុប្រភេទ P និងប្រភេទ N ត្រូវបាននាំចូលទៅក្នុងទំនាក់ទំនង អេឡិចត្រុងពីតំបន់ N សាយភាយចូលទៅក្នុងតំបន់ P ហើយរន្ធពី P-region សាយភាយចូលទៅក្នុងតំបន់ N ។ ការសាយភាយនេះបង្កើតជាតំបន់ depletion ដែលអេឡិចត្រុង និងរន្ធបញ្ចូលគ្នាឡើងវិញ ដោយបន្សល់ទុកនូវអ៊ីយ៉ុងដែលមានបន្ទុកដែលបង្កើតជាវាលអគ្គីសនីខាងក្នុង ដែលគេស្គាល់ថាជារបាំងសក្តានុពលដែលមានស្រាប់។
2. តួនាទីរបស់ PN Junction ក្នុងឡាស៊ែរ
(1) ការចាក់បញ្ចូលតាមសរសៃឈាម
នៅពេលដែលឡាស៊ែរដំណើរការ ប្រសព្វ PN ឆ្ពោះទៅមុខដោយលំអៀង៖ តំបន់ P ត្រូវបានភ្ជាប់ទៅវ៉ុលវិជ្ជមាន ហើយតំបន់ N ទៅវ៉ុលអវិជ្ជមាន។ នេះលុបចោលវាលអគ្គីសនីខាងក្នុងដែលអនុញ្ញាតឱ្យអេឡិចត្រុងនិងរន្ធត្រូវបានចាក់ចូលទៅក្នុងតំបន់សកម្មនៅចំណុចប្រសព្វដែលជាកន្លែងដែលពួកគេទំនងជាបញ្ចូលគ្នាឡើងវិញ។
(2) ការបំភាយពន្លឺ៖ ប្រភពដើមនៃការបញ្ចេញសារធាតុរំញោច
នៅក្នុងតំបន់សកម្ម អេឡិចត្រុងដែលបានចាក់ និងរន្ធបញ្ចូលឡើងវិញ និងបញ្ចេញហ្វូតុង។ ដំបូង ដំណើរការនេះគឺជាការបំភាយដោយឯកឯង ប៉ុន្តែនៅពេលដែលដង់ស៊ីតេនៃហ្វូតុងកើនឡើង ហ្វូតុងអាចជំរុញឱ្យមានការបង្កើតឡើងវិញនូវរន្ធអេឡិចត្រុងបន្ថែមទៀត ដោយបញ្ចេញហ្វូតុងបន្ថែមជាមួយនឹងដំណាក់កាល ទិសដៅ និងថាមពលដូចគ្នា - នេះគឺជាការបំភាយដោយជំរុញ។
ដំណើរការនេះបង្កើតជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃឡាស៊ែរ (ការពង្រីកពន្លឺដោយការជំរុញការបញ្ចេញវិទ្យុសកម្ម)។
(3) Gain and Resonant Cavities Form Laser Output
ដើម្បីពង្រីកការបំភាយដែលត្រូវបានជំរុញ ឡាស៊ែរ semiconductor រួមបញ្ចូលបែហោងធ្មែញ resonant នៅលើភាគីទាំងពីរនៃប្រសព្វ PN ។ ជាឧទាហរណ៍ នៅក្នុងឡាស៊ែរដែលបញ្ចេញពន្លឺតាមគែម វាអាចត្រូវបានសម្រេចដោយប្រើ Distributed Bragg Reflectors (DBRs) ឬថ្នាំកូតកញ្ចក់ដើម្បីឆ្លុះបញ្ចាំងពីពន្លឺទៅក្រោយ។ ការរៀបចំនេះអនុញ្ញាតឱ្យពង្រីកប្រវែងរលកជាក់លាក់នៃពន្លឺ ដែលនៅទីបំផុតនាំឱ្យទិន្នផលឡាស៊ែរមានទិសដៅ និងស្របគ្នាខ្ពស់។
3. PN Junction Structures and Design Optimization
អាស្រ័យលើប្រភេទនៃឡាស៊ែរ semiconductor រចនាសម្ព័ន្ធ PN អាចប្រែប្រួល៖
Heterojunction តែមួយ (SH):
តំបន់ P-region, N-region និងតំបន់សកម្មត្រូវបានផលិតចេញពីសម្ភារៈដូចគ្នា។ តំបន់ផ្សំឡើងវិញគឺទូលំទូលាយ និងមិនសូវមានប្រសិទ្ធភាព។
មុខងារទ្វេរដង (DH)៖
ស្រទាប់សកម្ម bandgap តូចចង្អៀតត្រូវបានបិទនៅចន្លោះ P- និង N-regions ។ នេះបង្ខាំងទាំងក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន និងហ្វូតូន ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងនូវប្រសិទ្ធភាព។
រចនាសម្ព័ន្ធអណ្តូង Quantum៖
ប្រើស្រទាប់សកម្មស្តើងបំផុត ដើម្បីបង្កើតឥទ្ធិពលនៃការបង្ខាំងកង់ទិច ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវលក្ខណៈកម្រិតចាប់ផ្ដើម និងល្បឿននៃម៉ូឌុល។
រចនាសម្ព័ន្ធទាំងនេះត្រូវបានរចនាឡើងដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃការចាក់បញ្ចូលនាវា ការផ្សំឡើងវិញ និងការបំភាយពន្លឺនៅក្នុងតំបន់ប្រសព្វ PN ។
4. សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
ប្រសព្វ PN គឺពិតជា "បេះដូង" នៃឡាស៊ែរ semiconductor ។ សមត្ថភាពរបស់វាក្នុងការចាក់ថ្នាំបញ្ជូនក្រោមការលំអៀងទៅមុខគឺជាគន្លឹះមូលដ្ឋានសម្រាប់ការបង្កើតឡាស៊ែរ។ ចាប់ពីការរចនារចនាសម្ព័ន្ធ និងការជ្រើសរើសសម្ភារៈរហូតដល់ការគ្រប់គ្រង photon ដំណើរការនៃឧបករណ៍ឡាស៊ែរទាំងមូលវិលជុំវិញការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពប្រសព្វ PN ។
នៅពេលដែលបច្ចេកវិទ្យា optoelectronic បន្តរីកចម្រើន ការយល់ដឹងកាន់តែស៊ីជម្រៅអំពីរូបវិទ្យា PN junction មិនត្រឹមតែជួយបង្កើនប្រសិទ្ធភាពឡាស៊ែរប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងបង្កើតមូលដ្ឋានគ្រឹះដ៏រឹងមាំសម្រាប់ការអភិវឌ្ឍនៃឡាស៊ែរ semiconductor ជំនាន់ក្រោយដែលមានថាមពលខ្ពស់ ល្បឿនលឿន និងតម្លៃទាប។
ពេលវេលាប្រកាស៖ ថ្ងៃទី ២៨ ខែឧសភា ឆ្នាំ ២០២៥