تراشه لیزری

تراشه لیزری که به آن میله لیزر دیود نصب نشده نیز گفته می شود، یک تراشه لیزری تک امیتر یا تراشه لیزری تک میله است که روی یک هیت سینک نصب نمی شوند و فاقد هرگونه بسته بندی بیرونی هستند. از بین مواد نیمه هادی GaAs، InP و GaSb انتخاب کنید تا طول موج 450 نانومتر تا 2 میکرومتر را بدست آورید که قابلیت اطمینان و عملکرد استثنایی را ارائه می دهد.

تراشه لیزری یک تراشه کوچک شده است که لیزر و سایر اجزای الکترونیکی نوری را با هم ترکیب می کند. جزء اصلی یک تراشه لیزری یک لیزر نیمه هادی است که از فرآیند نوترکیبی الکترون ها و حفره های موجود در مواد نیمه هادی برای تولید لیزر استفاده می کند. تراشه‌های لیزری کوچک‌تر و سبک‌تر از لیزرهای گازی سنتی یا لیزرهای حالت جامد هستند و برای ادغام در دستگاه‌های مختلف قابل حمل و جاسازی شده مناسب هستند.

امیتر تک

نوار تکی

تراشه VCSEL

تراشه EEL تک امیتر

تراشه EEL تک نوار

تفاوت اصلی تراشه لیزر تک امیتر و تراشه لیزر تک نوار در ساختار و کاربرد آنهاست. تراشه لیزری تک امیتر معمولاً به یک تراشه لیزری منفرد اشاره دارد، در حالی که تراشه لیزری تک نواری ساختارهای نواری شکلی هستند که از چندین تراشه لیزری تشکیل شده‌اند.

تراشه لیزری تک امیتر از یک تراشه لیزری تشکیل شده است و معمولاً اندازه کوچکتر و توان خروجی کمتری دارد. آنها معمولاً در کاربردهایی استفاده می شوند که نیاز به کنترل دقیق پرتو دارند، مانند ارتباطات فیبر نوری و اشاره گرهای لیزری. ویژگی های تراشه لیزر تک امیتر کیفیت پرتو بالای آنها است و برای کاربردهایی که نیاز به جهت دهی بالا و روشنایی بالا دارند مناسب است.

تراشه لیزری تک نواری ساختارهای نواری شکلی هستند که از چندین تراشه لیزری تشکیل شده اند و معمولاً اندازه بزرگتر و توان خروجی بالاتری دارند. تراشه لیزری تک نوار برای کاربردهایی که نیاز به توان خروجی بالایی دارند، مانند پردازش مواد، تجهیزات پزشکی و ابزار تحقیقات علمی مناسب است. ویژگی های تراشه لیزر تک میله توان خروجی بالای آن است و برای کاربردهایی که نیاز به تابش منطقه بزرگ یا انرژی بالا دارند مناسب است.

از نظر جزئیات فنی و کاربرد، تراشه لیزر تک امیتر و تراشه لیزر تک میله نیز در روش های آماده سازی و انتخاب مواد متفاوت هستند. تراشه لیزر تک امیتر معمولاً با استفاده از فناوری رسوب بخار شیمیایی آلی فلزی تهیه می شود و کیفیت و کارایی پرتو بالایی دارد. تراشه لیزری تک میله از طریق طراحی لایه اپیتاکسیال و شیار ایزوله از لیزر جانبی جلوگیری می کند و قابلیت اطمینان و دوام دستگاه را بهبود می بخشد.

میله های لیزر نصب نشده را می توان به تراشه های لیزر تک امیتر برش داد که شامل مراحل زیر می شود:

Scribing: روی هر نوار لیزری که قرار است جدا شود، خط زدن بین دو تراشه مجاور انجام می شود.

انبساط فیلم: فیلم چسب با نوار لیزر متصل به دستگاه انبساط فیلم برای اولین انبساط فیلم منتقل می شود. پس از اتمام انبساط فیلم، فیلم چسب در اولین حالت انبساط قرار می گیرد و در این حالت باقی می ماند.

شکافتن: فیلم چسب در حالت انبساط اول به دستگاه شکاف منتقل می شود و میله لیزر در امتداد خط خراش شکافته می شود تا تراشه های روی نوار لیزر از یکدیگر جدا شوند. با انبساط لایه چسب متصل به نوار لیزر قبل از تقسیم، پیش تنیدگی به تراشه‌ها در دو طرف خط خط‌کشی ارائه می‌شود، به طوری که می‌توان تراشه‌ها را به طور طبیعی در امتداد جهت خط‌کشی در حین شکافتن جدا کرد و از برخورد تراشه‌ها با هر یک از آنها جلوگیری کرد. دیگر در هنگام شکافتن و آسیب دیدن.

کلید این روش فراهم کردن پیش تنیدگی با انبساط فیلم است تا اطمینان حاصل شود که تراشه ها می توانند به طور طبیعی در جهت خط کشی در حین شکافتن جدا شوند و در نتیجه عملکرد و کیفیت براده ها بهبود یابد.

فاصله بین ساطع کننده های نوار لیزر نصب نشده تاثیر بسزایی بر عملکرد دارد. فاصله یکنواخت امیتر می تواند اثر اتلاف حرارت بهتر نوار لیزر نصب نشده را تضمین کند، بنابراین عمر و پایداری نوار لیزر نصب نشده را بهبود می بخشد.

فاصله بین ساطع کننده های نوار لیزر نصب نشده بر اثر اتلاف گرما تأثیر می گذارد. اگر فاصله قطره چکان ها ناهموار باشد، ممکن است باعث شود دمای برخی از قطره چکان ها بیش از حد بالا باشد و در نتیجه بر عملکرد و عمر لیزر تأثیر بگذارد. با تنظیم عرض هر قطره چکان میله می توان اتلاف گرمای کل میله را یکنواخت تر کرد و از افزایش قابل توجه دمای قطره چکان میانی از دمای قطره چکان لبه جلوگیری کرد و در نتیجه مشکلات را کاهش داد. تغییر طول موج و کاهش عرض پالس.

فاصله بین امیترها نیز بر روشنایی نوار لیزر نصب نشده تأثیر می گذارد. اگر فاصله بین ساطع کننده ها خیلی زیاد باشد، ممکن است باعث روشنایی ناهموار شده و بر روی جلوه نمایشگر تأثیر بگذارد. فاصله مناسب بین امیترها می تواند جلوه نمایش و عملکرد نوار لیزر نصب نشده را در سناریوهای مختلف برنامه تضمین کند.

الزامات متعددی برای سینک های حرارتی مورد استفاده در بسته بندی تراشه های لیزری وجود دارد که عمدتاً شامل هدایت حرارتی، تطبیق ضریب انبساط حرارتی، قابلیت آزادسازی تنش حرارتی و عملیات سطحی می شود. ‌

اول اینکه هدایت حرارتی یکی از پارامترهای مهم مواد هیت سینک است. تراشه های لیزری در حین کار گرمای زیادی تولید می کنند. اگر حرارت نتواند به موقع دفع شود، بر عملکرد و عمر لیزر تأثیر می گذارد. بنابراین، مواد هیت سینک برای هدایت موثر گرما باید دارای رسانایی حرارتی بالایی باشند. مواد متداول هیت سینک مانند نیترید آلومینیوم، کاربید سیلیکون، الماس و غیره رسانایی حرارتی بالایی دارند.

دوم، تطبیق ضریب انبساط حرارتی نیز بسیار مهم است. ضرایب انبساط حرارتی تراشه های لیزر و مواد هیت سینک برای کاهش تنش ناشی از تغییرات دما و جلوگیری از ترک یا تغییر شکل بین مواد باید مطابقت داشته باشند. به عنوان مثال، ضریب انبساط حرارتی نیترید آلومینیوم 4.6×10^{3}}/K است که نزدیک به ضریب انبساط حرارتی تراشه‌های لیزری است، بنابراین اغلب به عنوان یک ماده انتقال حرارت استفاده می‌شود.

علاوه بر این، قابلیت آزادسازی تنش حرارتی نیز یک عامل کلیدی است. گرمای تولید شده توسط لیزر در حین کار باعث ایجاد تنش حرارتی بین تراشه و هیت سینک خواهد شد. اگر ماده هیت سینک نتواند به طور موثر این تنش ها را آزاد کند، ممکن است عملکرد لیزر را کاهش دهد یا از کار بیاندازد. بنابراین، ماده هیت سینک باید قابلیت آزادسازی تنش حرارتی خوبی داشته باشد.

در نهایت، عملیات سطح نیز بر عملکرد هیت سینک تأثیر می گذارد. عملیات سطحی مواد هیت سینک برای اطمینان از قابلیت اطمینان و دوام آن در کاربردهای عملی، باید ظاهر و الزامات آزمایش فیزیکی و شیمیایی خاصی را برآورده کند.

به طور خلاصه، هیت سینک مورد استفاده برای تراشه های لیزری بسته بندی شده باید دارای رسانایی حرارتی بالا، مطابقت با ضریب انبساط حرارتی تراشه، قابلیت آزادسازی تنش حرارتی خوب و درمان سطح مناسب برای اطمینان از پایداری و قابلیت اطمینان طولانی مدت لیزر باشد.

مراحل اصلی بسته بندی تراشه های لیزری نصب نشده عبارتند از: انتخاب مواد بسته بندی مناسب، طراحی ساختار بسته بندی، انجام جوشکاری و اتصال و بهینه سازی مدیریت حرارتی.

اول از همه، انتخاب مواد بسته بندی مناسب کلید اطمینان از عملکرد نوار تراشه لیزری نصب نشده است. به عنوان مثال، لحیم کاری سخت قلع طلا را می توان برای بسته بندی میله های لیزر نیمه هادی آبی پرقدرت نیترید گالیوم (GaN) استفاده کرد، و یک هیت سینک انتقال مس- تنگستن می تواند به عنوان یک لایه بافر برای سرکوب تنش پسماند بسته بندی استفاده شود. علاوه بر این، سیستم مواد همپای InGaAs/AlGaAs نیز می تواند برای طراحی آرایه های میله لیزری نیمه هادی مخروطی با قدرت بالا استفاده شود.

ثانیا، یک ساختار بسته بندی مناسب طراحی شده برای بهبود عملکرد میله های تراشه لیزری نصب نشده بسیار مهم است. به عنوان مثال، ساختار پکیج را می توان با استفاده از اجزایی مانند هیت سینک میکروکانال، فیلم های عایق و نوارهای مسی برای دستیابی به مدیریت حرارتی و توزیع جریان خوب ساخت.

در مرحله بعدی فرآیند لحیم کاری و پیوند می آید. یک دستگاه قرار دادن با دقت بالا برای اتصال یوتکتیک تراشه به هیت سینک انتقال مس- تنگستن استفاده می شود و دما، فشار و زمان جوش به شدت برای اطمینان از کیفیت جوش کنترل می شود. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که پارامترهای جوشکاری مناسب می‌توانند به طور قابل توجهی مقاومت حرارتی و جریان آستانه را کاهش دهند، در نتیجه توان نوری خروجی و راندمان تبدیل فوتوالکتریک را بهبود می‌بخشند.

در نهایت، بهینه سازی مدیریت حرارتی یک اقدام مهم برای اطمینان از عملکرد پایدار طولانی مدت میله های تراشه لیزری نصب نشده است. با طراحی منطقی ساختار هیت سینک و انتخاب مواد مناسب، می توان مقاومت حرارتی را به طور موثر کاهش داد، راندمان اتلاف گرما را بهبود بخشید و طول عمر میله های تراشه لیزری نصب نشده را افزایش داد.

1. جلوگیری از آلودگی: نوار لیزر نصب نشده باید در محیطی عاری از گرد و غبار و استریل بسته بندی شود تا از نفوذ ذرات و میکروارگانیسم ها جلوگیری شود. این آلاینده ها ممکن است بر عملکرد و عمر نوار لیزر نصب نشده تأثیر بگذارند و حتی باعث خرابی بسته بندی شوند.

2. بهبود کیفیت بسته بندی: کنترل محیطی در اتاق تمیز می تواند اطمینان حاصل کند که دما، رطوبت و جریان هوا در طول فرآیند بسته بندی در بهترین حالت قرار دارند و در نتیجه کیفیت و قوام بسته بندی را بهبود می بخشد. این به کاهش عیوب بسته بندی و بهبود نرخ واجد شرایط محصولات کمک می کند.

3. افزایش طول عمر: بسته بندی در یک محیط تمیز می تواند آسیب به نوار لیزر نصب نشده توسط عوامل خارجی را کاهش دهد و در نتیجه عمر مفید آن را افزایش دهد. اتاق تمیز با کنترل دقیق شرایط محیطی مشکلات آلودگی را که ممکن است در فرآیند بسته بندی با آن مواجه شود کاهش می دهد و از پایداری و قابلیت اطمینان نوار لیزر نصب نشده محافظت می کند.

4. بهبود راندمان تولید: سیستم فیلتراسیون کارآمد و شرایط محیطی کاملاً کنترل شده اتاق تمیز می تواند وقفه های تولید و دوباره کاری ناشی از آلودگی را کاهش دهد و در نتیجه کارایی کلی تولید را بهبود بخشد. علاوه بر این، اتاق تمیز همچنین می تواند تداوم و ثبات فرآیند تولید را تضمین کند و کارایی تولید را بیشتر بهبود بخشد.

تفاوت های ساختاری:

EEL (لیزر ساطع کننده لبه): EEL از تابش تشعشع در جهت محور استفاده می کند، یعنی نور در امتداد جهت صفحه دستگاه معمولاً با ساختار استوانه ای ساطع می شود و نور پرتو لیزر را از کنار ساطع می کند.

VCSEL (لیزر ساطع کننده سطح حفره عمودی): ساختار VCSEL عمودی است، یعنی نور عمود بر دستگاه است و نور عمدتاً از بالا ساطع می شود و یک نقطه دایره ای شکل ایجاد می کند.

حالت انتشار:

مارماهی: پرتو لیزر از کنار از طریق یک ساختار استوانه‌ای ساطع می‌شود.

‌VCSEL: لیزر ساطع کننده سطح، نور عمدتاً از بالا ساطع می‌شود.

شکل نقطه ای:

مارماهی: نقطه منتشر شده بیضوی است.

VCSEL: نقطه منتشر شده دایره ای است.

تفاوت های عملکردی:

EEL: دارای توان خروجی و انرژی بیشتر یک لیزر است که برای کاربردهایی با نیاز انرژی بالا مناسب است.

VCSEL‌: دارای راندمان کوانتومی داخلی بالا و پایداری حرارتی بهتر است و می‌تواند به سرعت بالا، مصرف انرژی کم و محدوده دمایی وسیع دست یابد.

حوزه های کاربردی:

EEL‌: بیشتر برای ارتباطات پرسرعت مانند ارتباطات فیبر نوری، چاپ لیزری، دیسک‌های نوری و اندازه‌گیری و تشخیص نوری استفاده می‌شود.

VCSEL‌: معمولاً در اتصالات نوری مرکز داده، لیدار، تشخیص چهره، اسکن سه بعدی و سایر کاربردها استفاده می‌شود.

به طور خلاصه، EEL و VCSEL تفاوت های قابل توجهی در ساختار، حالت انتشار، شکل نقطه، عملکرد و زمینه های کاربردی دارند. کاربران می توانند تراشه لیزری مناسب را با توجه به نیازهای خاص انتخاب کنند.

کار تراشه لیزر EEL Edge Emitting عمدتا شامل مراحل زیر است:

1. تزریق حامل: با اعمال یک بایاس رو به جلو، الکترون ها از ناحیه نوع N به لایه فعال و سوراخ ها از ناحیه نوع P به لایه فعال تزریق می شوند. در لایه فعال، الکترون‌ها و حفره‌ها دوباره با هم ترکیب می‌شوند تا فوتون تولید کنند. این فرآیند شبیه به یک دیود ساطع نور (LED) است، اما EEL برای دستیابی به لیزر به جای نور معمولی است.

2. تشعشع تحریک شده و تقویت نور: فوتون های تولید شده در لایه فعال با سایر الکترون های برانگیخته برهم کنش می کنند و باعث می شوند که این الکترون ها به حالت انرژی کم تبدیل شوند و فوتون های بیشتری با همان فاز، فرکانس و جهت فوتون های اولیه ساطع کنند. این تشعشع تحریک شده است. هنگامی که فوتون ها بین این آینه ها به عقب و جلو منعکس می شوند، فوتون های تشعشعی تحریک شده بیشتری در لایه فعال تولید می شوند و مکانیزم تقویت نور را در حفره تشدید تشکیل می دهند.

3. حفره تشدید و تقویت نور: از آنجایی که لایه فعال EEL بین دو آینه موازی (وجه های انتهایی) تعبیه شده است، این آینه ها برخی از فوتون ها را به لایه فعال منعکس می کنند. هنگامی که فوتون ها بین دو آینه به عقب و جلو منعکس می شوند، فوتون های تشعشعی تحریک شده بیشتری در لایه فعال تولید می شوند. این فرآیند تکرار مکرر تقویت نور مکانیسم تقویت نور را در حفره تشدید تشکیل می دهد.

4. خروجی لیزر: زمانی که تعداد فوتون‌های حفره تشدید به آستانه مشخصی برسد، برخی فوتون‌ها از صفحه انتهایی با بازتاب کمتری ساطع می‌شوند تا خروجی لیزر را تشکیل دهند. جهت پرتو لیزر EEL موازی با سطح تراشه است، بنابراین به آن لیزر لبه‌تابنده می‌گویند.

چهار روش خنک کننده

خنک کننده هیت سینک همرفتی طبیعی: در این روش از موادی با رسانایی حرارتی بالا برای حذف گرمای تولید شده و دفع گرما توسط همرفت طبیعی استفاده می شود. علاوه بر این، پره ها می توانند به دفع گرما و بهبود سرعت انتقال حرارت سیستم خنک کننده کمک کنند.

مواد رسانایی حرارتی: از موادی با رسانایی حرارتی بالا برای کاهش دمای لیزر استفاده کنید. این مواد می توانند به طور موثر گرما را از بین ببرند و در نتیجه عملکرد پایدار لیزر را حفظ کنند.

بر اساس فناوری نیمه هادی پیشرو در صنعت، BrandNew طیف گسترده ای از گزینه های تراشه لیزری را ارائه می دهد. برخی از این گزینه ها شامل طول موج های 450 نانومتر تا 2100 نانومتر، تراشه لیزری تک امیتر با توان خروجی حداکثر 20 وات و تراشه لیزر تک نوار با توان خروجی حداکثر 600 وات، و موج پیوسته (CW) و موج شبه پیوسته (QCW) است. ) گزینه ها تراشه و نوار لیزری در فاکتورهای پرکننده مختلف، عرض نوار، عرض نوار و طول حفره موجود هستند و گزینه‌های سفارشی را می‌توان برای برآورده کردن نیازهای منحصر به فرد شما ایجاد کرد.

تراشه های لیزری تحت شدیدترین کنترل های کیفی تولید می شوند. ما فقط با آخرین فن آوری اپیتاکسی، پردازش و پوشش وجه کار می کنیم. برای مونتاژ تراشه لیزری از روش های لحیم کاری استاندارد استفاده می شود. این ماده از لحیم کاری نرم (ایندیوم) و لحیم سخت (طلا/قلع) پشتیبانی می کند. پیکربندی استاندارد تراشه لیزری یک ساختار امیتر است که در سمت p جدا شده است. در صورت درخواست، تراشه‌های لیزری با متالیزاسیون مداوم سمت p و پوشش‌های وجهی سازگار، با استفاده از پوشش‌های AR کم برای مونتاژ رزوناتورهای خارجی در دسترس هستند.

Brandnew Technology، یکی از تولید کنندگان و تامین کنندگان پیشرو لیزر دیود در چین، دارای یک کارخانه حرفه ای است که تراشه لیزری با کیفیت بالا تولید می کند و با قیمت رقابتی به فروش می رساند. به عمده فروشی محصولات ما ساخته شده در چین خوش آمدید.