Yarımkeçirici lazerlər: İnkişaf etmiş performans üçün səmərəli soyutma həlləri

Yığcam ölçüsü, yüngül dizaynı, aşağı enerji istehlakı, modulyasiya asanlığı və kütləvi istehsal qabiliyyəti ilə tanınan yarımkeçirici lazerlər, sənaye emalı, telekommunikasiya, səhiyyə, həyat elmləri və hərbçilər kimi müxtəlif sahələrdə geniş yayılmış istifadə tapdılar. Yarımkeçirici lazerlərin çıxış gücü artmaqda davam edir, elektrik enerjisinin əhəmiyyətli bir hissəsi istiyə çevrilir. Optik xüsusiyyətlər, çıxış gücü və bu cihazların etibarlılığı, istilik idarəçiliyi, xüsusən də yüksək güclü yarımkeçirici lazerlər üçün istilik idarəetmə etmək üçün əməliyyat temperaturu ilə sıx bağlıdır.

1. Yarımkeçirici lazerlərin soyutma prinsipləri

Yarımkeçirici lazerlərin əsas soyutma üsulları, təbii konveksiya istilik lavaboları, mikrochannels, termoelektrik soyutma, sprey soyutma və istilik boru həlləri daxildir. Tək çip yarımkeçirici lazerlər üçün təbii konveksiya istilik yuvaları çox vaxt iqtisadi və ümumiyyətlə istehsal və montaj sahəsində sadəliyi səbəbindən istifadə olunur. Yüksək istilik keçiriciliyi materialları, ümumiyyətlə təbii konveksiya üçün səth sahəsini artırmaq, bununla da istilik dağılmasını və çipin temperaturunu azaltmaq üçün istifadə olunur. İstilik ötürmə yolunu qısaltmaq və termal dağılma sürətləndirmək üçün, flip-çip bağlantısı, lazer çipi, lazer çipi, indium və ya qızıl-tin lehimi kimi materiallardan istifadə edərək istilik sinkinə qoşulduğu yerlərdə qəbul edilir.

Yarımkeçirici lazerlərdə istinin çox hissəsi, daha sonra lehimli, izolyasiya və interfeys kimi qatlar vasitəsilə transfer, sonda konvektiv soyutma yolu ilə yayılan şərti istilik lavabonuna çatan transfer. Yüksək istilik keçiriciliyi materiallarından hazırlanmış istilik lavabolarından istifadə edərək, performans və etibarlılığı təmin edən yarımkeçirici lazerlərin iş istiliyini azaltmağın təsirli bir yoludur. İstilik lavabo materiallarını seçərkən iki əsas amil nəzərə alınmalıdır:

1. İstehanı effektiv şəkildə yaymaq üçün materialın yüksək istilik keçiriciliyi olmalıdır.
2. Termal genişləndirmə əmsalı, stres-lənətlənməməsi üçün lazer çipinin bu barədə uyğun olmalıdır.

2. Yarımkeçirici lazerlər üçün sulu sensör materialları

İdeal bir istilik lavabo materialı yüksək istilik keçiriciliyini lazer çipinin yaxından uyğunlaşdıran istilik genişləndirmə əmsalı ilə birləşdirməlidir. Mis tez-tez əla istilik keçiriciliyi və elektrik xüsusiyyətlərinə görə istifadə olunur. Bununla birlikdə, mis termal genişləndirmə əmsalı, istilik stressi yarada və lazer performansına təsir edə bilən lazer çipindən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir. Yüksək istilik keçiriciliyi olan materiallardan hazırlanan bir keçid istilik lavabonu və çip üçün daha yaxın genişlənmə matçı bu məsələni azaltmağa kömək edə bilər. Bu keçid istilik yuvaları üçün ümumi materiallar alüminium nitride keramika, berilyum oksidi keramika, silikon karbid keramika, volfram-mis ərintiləri, silikon karbid boşluqları və almaz nazik filmlər daxildir.

Mən. Volfram-mis alloy volfram-mis ərintiləri, volframın misin yüksək istilik keçiriciliyi ilə, yarımkeçirici lazerlər üçün ideal hala gətirir. Bu yalançı lehimli istilik genişlənməsi və keçiriciliyi onun tərkibini tənzimləməklə uyğunlaşdırıla bilər və silikon, gallium arsenide və keramika materialları ilə uyğun gəlir. Erkən lazerlər tez-tez volfram-mis çubuqlarına çevrilən bir volfram-mis C-dağ quruluşundan istifadə edirdilər.

II. Alüminium nitridi alüminium nitride keramika, 320w / (m · k) -ə qədər nəzəri bir istilik keçiriciliyi olan və ticari məhsulları adətən 180w / (m · k) -dən 260W / (m · k) arasında dəyişir. İstilik genişləndirmə əmsalı, eyni zamanda lazer çiplərinə də olduqca yaxındır, onu adi bir keçid istilik lavabo materialı halına gətirir.

III. Silikon Carbide (SIC) SIC, görkəmli fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri olan tipik təbii bir superlattice homogen politytype. Onun sərtliyi və aşınma müqaviməti yalnız brilyant üçün ikincidir və bu, 490W / (m · k) -ə qədər olan nəzəri bir istilik keçiriciliyi ilə, silikonun Aşağı genişləndirmə, əla istilik dissiasiyası və yüksək istilik sabitliyi, SIC yüksək elektrik cihazları üçün yüksək dərəcədə uyğundur. Korroziyaya qarşı deyil və normal təzyiq altında əriməyə, səth oksidləşməsi daha da oksidləşmənin qarşısını alan silikon dioksid qatını yaradır.

iv. Optimal istilik yayılması üçün almaz , almaz çip və mis arasında birləşdirici material kimi istifadə edilə bilər. Təbii Diamond, 2000W / (m · k), ən aşağı istilik genişləndirmə əmsalı olan beş dəfə 2000w / (m · k) istisna istilik keçiriciliyinə malikdir. Beləliklə, Diamond, yüksək güclü yarımkeçirici lazerlər üçün ideal bir istilik lavabo materialıdır. Xərclə əlaqədar olaraq, təbii almaz yarımkeçirici qablaşdırma üçün mümkün deyil, ancaq almaz iki formada istilik sinku kimi istifadə olunur: almaz nazik filmlər (CVD almaz) və mis və alüminium kimi metalları olan kompozitlər. Bununla birlikdə, almaz emal-kəsmə, cilalama və metalizasiya mürəkkəbliyi, yarımkeçirici lazer istilik lavabolarında geniş miqyaslı tətbiqini məhdudlaşdırır.

v. Graphene Graphene əla elektrik, optik və istilik xüsusiyyətləri olan yeni iki ölçülü bir karbon nanomaterialdır. Yanal istilik keçiriciliyi, silikon karbid və alüminium nitridi kimi digər istilik lavabo materiallarından çox olan 5300W / (m · k) -ə çata bilər. Yarımkeçirici lazerlərdə istilik lavabonu kimi qrafenin tətbiqi, istilik dağılması və cihaz performansının yaxşılaşdırılması üçün böyük potensial göstərir.