rasana va nime rasana

اجسام نیم رسانا :
دید کلی
معمولاُ اجسام از لحاظ عبور یا عدم عبور الکتریسیته به دو دسته رسانا و عایق تقسیم می‌شود. اما گروه دیگری از اجسام نیز وجود دارد که بطور کامل رسانا و نه بطور کامل نارساناست. این گروه خاص از اجسام را نیم رسانا می‌گویند.
انواع نیم رسانا
نیم رسانای ذاتی
بخش عمده الکترونیک نوین ، وابسته به کاربرد مواد نیرم رسانا است. دیودهای نورگسیل « LEDها) ترانزیستورها و باتریهای خورشیدی از جمله عناصر الکترونیکی متداولی هستند که از نیم رساناها استفاده می‌کنند. نیم رساناهایی مانند Cds و ورمیلیون (Hgs) رنگهای درخشان دارند و هنرمندان نقاشی ، از آنها استفاده می‌کنند. آنچه که تعیین کننده خواص الکترونیکی نیم رسانا است گاف انرژی (گاف نواری). بین ظرفیت و نوار و رسانش است. در بعضی مواد مانند Cds این شکاف اندازه ثابتی دارد. این مواد ، نیم رساناهای ذاتی نامیده می‌شود.

هنگامی که نور سفید ، با نیم رسانا برهمکنش می‌کند الکترونها تحریک شده و به نوار رسانش می‌روند. Cds ، نور بنفش و تا حدودی نور آبی را در می‌آشامد. اما انرژی سایر بسامدها ، کمتر از انرژی لازم برای برانگیختن یک الکترون ورای گاف انرژی است. این بسامدها بازتاب می‌یابند و رنگی که مشاهده می‌کنیم، زرد است. در برخی نیم رساناها مانند GoAS و Pbs ، گاف نواری ، چنان کوچک است که تمام بسامدهای نور مرئی در آنها دیده می‌شوند. هیچ نور مرئی بازتابی وجود ندارد و ماده تیره رنگ است.
نیم رسانای مصنوعی
در بیشتر نیم رساناها که غیر ذاتی نامیده می‌شوند، اندازه گاف نواری ، با افزودن دقیق ناخالصیهایی کنترل می‌شود، که این فرآیند تقویت نامیده می‌شود. سیستم عمل تقویت روی سیلیکون یکی از متداولترین نیم رساناهاست.

نیم رسانای نوع n
وقتی به سیلیکون ، ناخالصی فسفر افزوده شود، تراز انرژی اتمی فسفر ، دقیقا در زیر نوار رسانش سیلیکون قرار می‌گیرد.
هر اتم فسفر ، 4 الکترون از 5 الکترون ظرفیتش را تشکیل نمونه با 4 اتم si مجاور بکار می‌برد و انرژی گرمایی به تنهایی کافی است تا باعث شود، الکترون اضافی ظرفیت به نوار رسانش بر انگیخته شده به یک یون p غیر متحرک را بر جای گذارد. اتمهای فسفر ، دهنده نامیده می‌شود. رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا در اثر حرکت الکترونهای حاصل از اتمهای دهنده در نوار رسانش، به وجود می‌آید. این نوع نیم رسانا نوع n نامیده میشود که در آن n به معنی منفی است، این نوعی بار الکتریکی که توسط الکترونها حمل می‌شود.

نیم رسانای نوع p
وقتی به سیلیکون ناخالص آلومینیم افزوده می‌شود. تراز انرژی اتمهای AL که اتمهای پذیرنده نامیده می‌شوند، درست بالای نوار ظرفیت سیلیکون قرار می‌گیرد. با سه اتم Si مجاور پیوند جفت الکترونی منظمی تشکیل می‌دهد. اما با چهارمین اتم Si فقط یک پیوند تک الکترونی تشکیل می‌دهد. یک الکترون به راحتی از نوار ظرفیت یک اتم آلومینیوم در تراز پذیرنده بر انگیخته می‌شود. در نهایت ، یک یون منفی تا A غیر متحرک بوجود می‌آمد و در نتیجه این فرآیند یک حفره مثبت در نوار ظرفیت پدیدار می‌شود. از آنجا که رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا شامل حرکت حفره‌های مثبت است این نوع نیم رسانا ، نوع P نامیده می‌شود.






کاربرد نیم رساناها در باطری خورشیدی
یک سلول خورشیدی که از نیم رساناها ساخته شده از سیلیکون استفاده می‌شود. لایه نازکی از نیم رسانای نوع P با یک نیم رسانای نوع n ، در ناحیه‌ای به نام پیوندگاه در تماس است. عمدتا عبور الکترونها و حفره‌های مثبت از میان پیوندگاه بسیار محدود است. زیرا چنین حرکتی ، منجر به تفکیک بار می‌شود: حفره‌های سبک ناشی از نیم رسانای نوع p که از پیوندگاه عبور می‌کنند ناگزیر از یونهای غیر متحرک تا A جدا خواهند شد و الکترونهای ناشی از نیم رسانای نوع n که از پیوندگاه عبور می‌کنند به ناچار از یونهای غیر متحرک +P جدا می‌شوند.

حال در نظر بگیرید که نیم رسانای نوع p در معرض باریکه‌ای از نور قرار گیرد. الکترونهای واقع در نوار ظرفیت ، می‌توانند انرژی ، در آشامیده و همراه با ایجاد حفره‌های مثبت در نوار ظرفیت ، به لایه رسانش ارتقاء یابند. الکترونهای رسانش بر خلاف حفره‌های مثبت می‌توانند به راحتی از پیوندگاه عبور کرده وارد نیم رسانای نوع n شوند. این عمل ، سفارش الکترونها (جریان الکتریکی) را برقرار می‌کند. الکترونها می‌توانند توسط سیمها از میان یک مصرف کننده خارجی مانند لامپها ، موتورهای الکتریکی و … انتقال پیدا کنند و سرانجام به نیم رسانای نوع p باز گردند. جایی که آنها حفره‌های مثبت را پر می‌کنند.

لیزر نیم رسانا :
دید کلی
در سال 1341 دو گروه از پژوهشگران بطور جداگانه و تقریبا همزمان با یکدیگر در شهر نیویورک اعلام کردند، نوع سومی از لیزر را که اساس کار آن با تمام لیزرهای پیشین متفاوت است ساخته‌اند. آنها مدعی شدند که این لیزر جریان برق را مستقیما به جریان منظمی از فوتونها تبدیل می‌کند (این عمل صرفا به گذر جریان نیرومند و صیقل دادن و جو انتهایی بلور آرسیند گالیوم به عنوان آینه‌های لیزر صورت می‌گیرد).

کشف این لیزر تا حدی تصادفی بود، زیرا برخی از فیزیکدانان و پژوهشگران متوجه شده بودند که از دو قطبیها نیم رسانا ، درخششهایی با طول موجی در حدود 7000 آنگستروم خارج می‌شود و آن را به گسیل القایی نسبت دادند و بر همین پایه لیزر نیم رسانا را طراحی نمودند.
مواد لیزری
این لیزرها از اجسامی که در الکترونیک کاملا شناخته شده‌اند ساخته می‌شوند و همه این اجسام نیم رساناها هستند، مانند: آرسیند گالیوم و ژرمانیوم. لیزرهای نیم رسانا بجز اجسام یاد شده از اجسام دیگری که مناسب تشخص داده شده‌اند نیز تهیه می‌شوند، مثل PbSe ، PbTe ، InAS ، InP لیزرهای نیم رسانا دارای پیوند p-n می‌باشند، که وجه n به پتانسیل منفی بسته می‌شود و وجه p نیز به پتانسیل مثبت متصل می‌گردد. عنصرهایی که ناحیه p را تشکیل می‌دهند الکترونهای ظرفیتی کمتری نسبت به ناحیه n و حالت خالی از الکترون و به عبارت دیگر و پر از حفره (یا جای خالی الکترون) در ناحیه p بوجود می‌آید.

چه خاصیتی از نیم رساناها آنها را در ساخت لیزرهای نیم رسانا ، ممتاز می‌کند؟
نیم رساناها از نظر مقاومت الکتریکی جایی بین مواد رسانا و نارسانا دارند. در آنها فاصله بین نوار رسانش و نوار ارزش یا ظرفیت در حدود یک الکترون ولت است و این امر اندکی رسانایی الکتریکی را موجب می‌شود، ولی نه به اندازه رساناهای خوب مانند فلزها. میزان رسانایی ماده‌ای نیم رسانا ، هم چون ماده رسانا ، بستگی به دما دارد. ولی بر عکس آنها ، زیرا رسانایی اجسام رسانا با افزایش دما معمولا کاهش می یابد در حالیکه رسانایی نیمه رساناها با افزایش می یابد.

مراحل لیزر زایی
برای شروع گسیل القایی بلور ، جریان بسیار بالایی از آن می‌گذرانند و این جریان باعث ایجاد گرما می‌شود. همین گرما منجر به تغییر شکل بلوری این اجسام نسبت به حالت نخستین می‌گردد و حال آنکه اندکی تغییر شکل باعث از کار افتادگی لیزر می‌گردد. بنابراین باید شیوه‌ای یافت که لیزر را خنک کند. شرایط لازم برای عمل این مجموعه ، بدین ترتیب یافته شد که در دمای زیر 20 درجه کلوین (یعنی دمای منهای 253 درجه سانتیگراد) جریانی در حدود 200 آمپر لازم است، ولی در دمای نیتروژن مایع این جریان می‌تواند به 750 آمیر و در 300 درجه کلوین به 50000 آمپر بر سانتیمتر مربع برسد، در این هنگام است لیانی یا نورتابی الکتریکی آغاز می‌شود و لیزر بکار می‌افتد و تابشهایی تولید می‌کند.

برخی از لیزرهای نیم رسانا به لیزرهای ساختگی معروفند. هسته مرکزی این لیزرها را نیم رسانای سرشتی را تشکیل می‌دهد که اتمهای برخی مواد بیگانه از جمله آلومینیوم یا فسفر یعنی اتمی با یک ظرفیت کمتر نسبت به نیم رسانای بی آلایش مثلا ژرمانیوم با ظرفیت چهار و یا اتمی با یک ظرفیت بیشتر مانند فسفر و ایندیوم پنج ظرفیتی آنرا آغشته کرده باشد. این عمل را فرآیند آلایش و یا ایجاد ناخالصی می‌نامند. وقتی که آلایش صورت می‌گیرد لیزر در ناحیه n دارای الکترون و ناحیه P دارای حفره (یعنی همان جای خالی الکترون که معادل ذره‌ای فرضی با بار الکتریکی مثبت است) پیدا می‌کند و در نتیجه نیم رسانا آلایشی (یعنی ناخالص) دارای دو تراز انرژی ناخالصی دهنده و پذیرنده ایجاد می‌کند.

تنظیم لیزر
تنظیم اینگونه لیزرها نسبت به لیزرهای دیگر آسانتر است، زیرا با تغییر میدان مغناطیسی یا با اعمال دما و یا فشار می‌توان آنها را تنظیم کرد. آنها برای تنظیم لیزرهای گازی و جامد تنها با تغییر ضریب کیفیت می‌توان عمل تنظیم را انجام داد، اما باید توجه داشت که همه اینها باید در شرایط و اوضاع تنظیم شده ویژه‌ای انجام پذیرد، اما برتری لیزرهای نیم رسانا بیشتر بخاطر دگرآهنگی (مدوله سازی) بالا و بازدهی بالای در حدود 30 درصد است. جمع و جور بودن آن و بهای اندک آنها از دیگر مزایای این نوع لیزرهاست.