অপটোইলেকট্রনিক প্রযুক্তির দ্রুত বিকাশের সাথে সাথে, যোগাযোগ, চিকিৎসা সরঞ্জাম, লেজার রেঞ্জিং, শিল্প প্রক্রিয়াকরণ এবং ভোক্তা ইলেকট্রনিক্সের মতো ক্ষেত্রগুলিতে সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে। এই প্রযুক্তির মূলে রয়েছে পিএন জংশন, যা একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে - কেবল আলো নির্গমনের উৎস হিসেবেই নয় বরং ডিভাইসের কার্যকারিতার ভিত্তি হিসেবেও। এই নিবন্ধটি সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলিতে পিএন জংশনের গঠন, নীতি এবং মূল কার্যকারিতা সম্পর্কে একটি স্পষ্ট এবং সংক্ষিপ্ত ধারণা প্রদান করে।
১. পিএন জংশন কী?
একটি PN জংশন হল একটি P-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর এবং একটি N-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরের মধ্যে গঠিত ইন্টারফেস:
পি-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরটি বোরন (বি) এর মতো গ্রহণকারী অমেধ্য দিয়ে ডোপ করা হয়, যা বেশিরভাগ চার্জ বাহককে গর্ত করে তোলে।
N-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরটি দাতা অমেধ্য, যেমন ফসফরাস (P) দিয়ে মোড়ানো হয়, যা ইলেকট্রনকে সংখ্যাগরিষ্ঠ বাহক করে তোলে।
যখন P-টাইপ এবং N-টাইপ পদার্থের সংস্পর্শে আনা হয়, তখন N-অঞ্চল থেকে ইলেকট্রনগুলি P-অঞ্চলে ছড়িয়ে পড়ে এবং P-অঞ্চল থেকে গর্তগুলি N-অঞ্চলে ছড়িয়ে পড়ে। এই বিস্তার একটি অবক্ষয় অঞ্চল তৈরি করে যেখানে ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি পুনরায় একত্রিত হয়, চার্জিত আয়নগুলি রেখে যায় যা একটি অভ্যন্তরীণ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র তৈরি করে, যা একটি অন্তর্নির্মিত বিভব বাধা হিসাবে পরিচিত।
২. লেজারে পিএন জংশনের ভূমিকা
(১) ক্যারিয়ার ইনজেকশন
যখন লেজারটি কাজ করে, তখন PN জংশনটি সামনের দিকে পক্ষপাতী হয়: P-অঞ্চলটি একটি ধনাত্মক ভোল্টেজের সাথে সংযুক্ত থাকে এবং N-অঞ্চলটি একটি ঋণাত্মক ভোল্টেজের সাথে। এটি অভ্যন্তরীণ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রকে বাতিল করে, যার ফলে ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি সংযোগস্থলে সক্রিয় অঞ্চলে প্রবেশ করতে পারে, যেখানে তাদের পুনরায় মিলিত হওয়ার সম্ভাবনা থাকে।
(২) আলোক নির্গমন: উদ্দীপিত নির্গমনের উৎপত্তি
সক্রিয় অঞ্চলে, ইনজেক্টেড ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি পুনরায় একত্রিত হয় এবং ফোটন মুক্ত করে। প্রাথমিকভাবে, এই প্রক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন, কিন্তু ফোটনের ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথে সাথে, ফোটনগুলি আরও ইলেকট্রন-গর্ত পুনর্মিলনকে উদ্দীপিত করতে পারে, একই পর্যায়, দিক এবং শক্তি সহ অতিরিক্ত ফোটন মুক্ত করে - এটি উদ্দীপিত নির্গমন।
এই প্রক্রিয়াটি একটি লেজারের ভিত্তি তৈরি করে (বিকিরণের উদ্দীপিত নির্গমন দ্বারা আলোক পরিবর্ধন)।
(৩) গেইন এবং রেজোন্যান্ট ক্যাভিটি লেজার আউটপুট তৈরি করে
উদ্দীপিত নির্গমন বৃদ্ধির জন্য, সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলিতে পিএন জংশনের উভয় পাশে অনুরণিত গহ্বর অন্তর্ভুক্ত থাকে। উদাহরণস্বরূপ, প্রান্ত-নির্গমনকারী লেজারগুলিতে, আলোকে সামনে পিছনে প্রতিফলিত করার জন্য ডিস্ট্রিবিউটেড ব্র্যাগ রিফ্লেক্টর (ডিবিআর) বা মিরর কোটিং ব্যবহার করে এটি অর্জন করা যেতে পারে। এই সেটআপ আলোর নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে প্রশস্ত করার অনুমতি দেয়, যার ফলে অবশেষে অত্যন্ত সুসংগত এবং দিকনির্দেশক লেজার আউটপুট পাওয়া যায়।
৩. পিএন জংশন স্ট্রাকচার এবং ডিজাইন অপ্টিমাইজেশন
সেমিকন্ডাক্টর লেজারের ধরণের উপর নির্ভর করে, পিএন গঠন পরিবর্তিত হতে পারে:
একক বিষম সংযোগ (SH):
P-অঞ্চল, N-অঞ্চল এবং সক্রিয় অঞ্চল একই উপাদান দিয়ে তৈরি। পুনর্মিলন অঞ্চলটি প্রশস্ত এবং কম দক্ষ।
দ্বিগুণ বিষম সংযোগ (DH):
P- এবং N-অঞ্চলের মধ্যে একটি সংকীর্ণ ব্যান্ডগ্যাপ সক্রিয় স্তর স্যান্ডউইচ করা হয়। এটি বাহক এবং ফোটন উভয়কেই সীমাবদ্ধ করে, দক্ষতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে।
কোয়ান্টাম ওয়েল স্ট্রাকচার:
কোয়ান্টাম কনফাইনমেন্ট ইফেক্ট তৈরি করতে একটি অতি-পাতলা সক্রিয় স্তর ব্যবহার করে, থ্রেশহোল্ড বৈশিষ্ট্য এবং মড্যুলেশন গতি উন্নত করে।
এই কাঠামোগুলি পিএন জংশন অঞ্চলে ক্যারিয়ার ইনজেকশন, পুনর্মিলন এবং আলোক নির্গমনের দক্ষতা বৃদ্ধির জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।
৪. উপসংহার
পিএন জংশন আসলেই একটি সেমিকন্ডাক্টর লেজারের "হৃদয়"। ফরোয়ার্ড বায়াসের অধীনে ক্যারিয়ার ইনজেক্ট করার ক্ষমতা হল লেজার জেনারেশনের মৌলিক ট্রিগার। স্ট্রাকচারাল ডিজাইন এবং উপাদান নির্বাচন থেকে শুরু করে ফোটন নিয়ন্ত্রণ পর্যন্ত, সমগ্র লেজার ডিভাইসের কর্মক্ষমতা পিএন জংশনকে অপ্টিমাইজ করার চারপাশে ঘোরে।
অপটোইলেকট্রনিক প্রযুক্তির অগ্রগতির সাথে সাথে, পিএন জংশন পদার্থবিদ্যার গভীর বোধগম্যতা কেবল লেজারের কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি করে না বরং পরবর্তী প্রজন্মের উচ্চ-শক্তি, উচ্চ-গতি এবং কম খরচের সেমিকন্ডাক্টর লেজারের বিকাশের জন্য একটি শক্ত ভিত্তি স্থাপন করে।
পোস্টের সময়: মে-২৮-২০২৫