katkı maddesi - Dopant

Bir katkı maddesi , aynı zamanda, bir adlandırılan katkılama maddesi , orijinal değiştirmek için bir kimyasal madde içine sokulur yabancı madde elemanının bir izidir elektriksel veya optik özellikleri. Değişikliklere neden olmak için gerekli olan katkı maddesi miktarı tipik olarak çok düşüktür. İçine katkılı zaman kristalin madde, katkı maddesi en atomuna kristal şebekesi içine dahil olsun. Kristal malzemeler genellikle bir kristalleri ya olan yarı iletken gibi silikon ve germanyum kullanım için katı-hal elektronik ya da saydam çeşitli üretiminde kullanım için kristaller lazer tipleri; bununla birlikte, ikincisinin bazı durumlarında, cam gibi kristal olmayan maddeler de safsızlıklarla katkılanabilir.

Katı hal elektroniğinde, yarı iletkenlerde uygun tip ve miktarda katkı maddesi kullanmak, transistör ve diyot yapmak için gerekli olan p-tipi yarı iletkenleri ve n-tipi yarı iletkenleri üreten şeydir .

Şeffaf kristaller

kalıcı medya

Krom (Cr), neodim (Nd), erbiyum (Er), tülyum (Tm), iterbiyum (Yb) ve diğer birkaç metalin küçük miktarlarını şeffaf kristallere , seramiklere veya camlara doping prosedürü kullanılır. katı hal lazerleri için aktif ortamı üretin . Bir popülasyon inversiyonunun üretilebildiği yer, dopant atomlarının elektronlarındadır ve bu popülasyon inversiyonu, tüm lazerlerin çalışmasında fotonların uyarılmış emisyonu için esastır .

Doğal yakut söz konusu olduğunda , meydana gelen şey, az miktarda krom katkı maddesinin bir alüminyum oksit kristali ( korindon ) yoluyla doğal olarak dağıtılmasıdır . Bu krom hem yakuta kırmızı rengini verir, hem de yakutun popülasyon aktarımına uğramasını ve bir lazeri taklit etmesini sağlar. Şeffaf alüminyum oksit kristalindeki alüminyum ve oksijen atomları, krom atomlarını iyi bir uzamsal dağılımda desteklemeye hizmet etti ve aksi takdirde lazer eylemiyle hiçbir ilgileri yok.

Neodimyum YAG lazerde olduğu gibi diğer durumlarda kristal sentetik olarak yapılır ve doğada oluşmaz. İnsan yapımı itriyum alüminyum granat kristali, içinde milyonlarca itriyum atomu içerir ve fiziksel boyutu, kimyasal değeri vb. nedeniyle, kafesindeki küçük bir itriyum atomu azınlığının yerini almak ve yerini almak için iyi çalışır. onları neodimyum gibi nadir toprak element serisinden atomlarla . Daha sonra, bu katkı atomları aslında kristaldeki kalıcı işlemi gerçekleştirir. Kristaldeki atomların geri kalanı itriyum, alüminyum ve oksijen atomlarından oluşur, ancak yukarıdaki gibi, bu diğer üç element basitçe neodimyum atomlarını desteklemek için işlev görür. Ek olarak, nadir toprak elementi erbiyum, çıkışının farklı bir dalga boyunu vererek, neodimyum yerine katkı maddesi olarak kolayca kullanılabilir.

Optik olarak şeffaf birçok konakta , bu tür aktif merkezler, uyarılmalarını milisaniye mertebesinde bir süre tutabilir ve uyarılmış emisyon ile rahatlayarak lazer etkisini sağlayabilir. Dopant miktarı genellikle atomik yüzde olarak ölçülür . Takviye iyonunun kristal bir kafes içindeki bir bölgenin sadece bir kısmında ikame edilebileceği hesaba katılarak, hesaplamalarda genellikle bağıl atomik yüzde varsayılır. Katkılama değiştirmek için kullanılabilir kırılma endeksi içinde optik fiber , özellikle de çift-kaplı liflerden . Optik katkı maddeleri, aktif bir katkı maddesinin ana parametreleri olan uyarım ömrü ve etkin absorpsiyon ve emisyon kesitleri ile karakterize edilir. Genellikle, optik katkı maddesinin konsantrasyonu yüzde birkaç veya hatta daha düşüktür. Büyük uyarma yoğunluğunda, işbirlikçi söndürme (çapraz gevşeme) lazer eyleminin verimliliğini azaltır.

Örnekler

Tıp alanında, lazer cerrahisinde kullanılan lazer neşterleri için erbiyum katkılı lazer kristalleri için bir miktar kullanım vardır . Öropiyum , neodimyum ve diğer nadir toprak elementleri, lazerler için camlara doping yapmak için kullanılır. Bazı lazer neşterlerinde aktif lazer ortamı olarak holmiyum katkılı ve neodimyum itriyum alüminyum garnetler (YAG'ler) kullanılır .

Fosforlar ve sintilatörler

Fosforlar ve sintilatörler bağlamında , dopantlar daha çok aktivatörler olarak bilinir ve lüminesans sürecini geliştirmek için kullanılır.

yarı iletkenler

Doping olarak bilinen bir yarı iletkene bir katkı maddesinin eklenmesi , malzeme içindeki Fermi seviyelerini değiştirme etkisine sahiptir . Bu , katkı çeşidine bağlı olarak ağırlıklı olarak negatif ( n-tipi ) veya pozitif ( p-tipi ) yük taşıyıcıları olan bir malzeme ile sonuçlanır . Dopantların mevcudiyeti ile değiştirilmiş saf yarı iletkenler, dış yarı iletkenler olarak bilinir (bkz. içsel yarı iletken ). Katkı maddeleri, çeşitli tekniklerle yarı iletkenlere dahil edilir: katı kaynaklar, gazlar, sıvı üzerinde döndürme ve iyon implantasyonu. Bkz iyon implantasyonu , yüzey difüzyonu ve katı kaynakları dipnot.

Diğerleri

Bazı değerli taşların rengine dopantlar neden olur. Örneğin, hem yakut hem de safir alüminyum oksittir, birincisi kırmızı rengini krom atomlarından alır ve ikincisi çeşitli renkler veren çeşitli elementlerden herhangi biriyle katkılıdır.

Ayrıca bakınız

Referanslar