סעמיקאַנדאַקטער לייזערז: עפעקטיוו קאָאָלינג סאַלושאַנז פֿאַר ענכאַנסט פאָרשטעלונג

סעמיקאַנדאַקטער לייזערז, באַוווסט פֿאַר זייער סאָליד גרייס, לייטווייט פּלאַן, נידעריק ענערגיע קאַנסאַמשאַן, יז פון מאַקאַריטאַד ווי ינדאַסטרי פּראַסעסינג, טעלאַקאַמיניקאַטיאָנס, לעבן ססיענסעס, לעבן ססיענסעס, און די מיליטעריש. ווי דער רעזולטאַט מאַכט פון סעמיקאַנדאַקטער לייזערז האלט צו פאַרגרעסערן, אַ באַטייַטיק חלק פון עלעקטריקאַל מאַכט איז קאָנווערטעד אין היץ. די אָפּטיש קעראַקטעריסטיקס, רעזולטאַט מאַכט און רילייאַבילאַטי פון די דעוויסעס זענען ענג טייד צו זייער אַפּערייטינג טעמפּעראַטור, געמאכט טערמאַל פאַרוואַלטונג, ספּעציעל פֿאַר הויך-מאַכט סעמיקאַנדאַקטער לייזערז.

1. קאָאָלינג פּרינסאַפּאַלז פון סעמיקאַנדאַקטער לייזערז

די ערשטיק קאָאָלינג מעטהאָדס פֿאַר סעמיקאַנדאַקטער לייזערז אַרייַננעמען נאַטירלעך קאַנוואַפּשאַן היץ זינקען, מיקראָטשאַנאַלז, טהערמאָעלעקטרעל קאָאָלינג, שפּריץ קאָאָלושאַנז. פֿאַר איין-שפּאָן סעמיקאַנדאַקטער לייזערז, נאַטירלעך קאַנוועקשאַן היץ זינקען זענען אָפט די מערסט שפּאָרעוודיק און קאַמאַנלי געניצט רעכט צו זייער פּאַשטעס אין מאַנופאַקטורינג און פֿאַרזאַמלונג. הויך טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטימענט מאַטעריאַלס זענען טיפּיקלי געניצט צו פאַרגרעסערן די ייבערפלאַך געגנט פֿאַר נאַטירלעך קאַנוועקשאַן, און סיבי ימפּרוווינג היץ פֿאַרבייַסן היץ דיסיפּיישאַן און לאָוערינג די טעמפּעראַטור פון דער שפּאָן. צו פאַרקירצן די היץ אַריבערפירן דרך און פאַרגיכערן טערמאַל דיסאַפּיישאַן, פליפּ-שפּאָן באַנדינג איז איצט קאַמאַנלי אנגענומען צו די היץ פון די לאַזער.

Most of the heat in semiconductor lasers is generated in the active region of the chip, which then transfers through layers such as the solder, insulation, and interface, eventually reaching the conventional heat sink where it's dissipated through convective cooling. די היץ סינקס געמאכט פון הויך טערמאַל קאַנדאַקטיווז מאַטעריאַלס צו רעדוצירן די אַרבעט טעמפּעראַטור פון סעמיקאַנדאַקטער לייזערז, ינשורז פאָרשטעלונג און רילייאַבילאַטי. ווען סעלעקטינג היץ זינקען מאַטעריאַלס, צוויי שליסל סיבות זאָל זיין קאַנסידערד:

1. דער מאַטעריאַל זאָל האָבן הויך טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי צו יפעקטיוולי דיסאַפּייט היץ.
2. די טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט פון דעם מאַטעריאַל זאָל זיין גלייך מיט די לאַזער שפּאָן צו ויסמיידן דרוק-ינדוסט שעדיקן.

2. היץ זינקען מאַטעריאַלס פֿאַר סעמיקאַנדאַקטער לייזערז

אַן ידעאַל היץ זינקען מאַטעריאַל זאָל פאַרבינדן הויך טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי מיט אַ טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט אַז ענג שוועבעלעך אַז פון די לאַזער שפּאָן. קופּער איז אָפט געניצט רעכט צו ויסגעצייכנט טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי און עלעקטריקאַל פּראָפּערטיעס. אָבער, קופּער ס טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט דיפיז זענען באטייטיק פֿון די פון די לאַזער שפּאָן, וואָס קענען מאַכן טערמאַל דרוק און ווירקן לאַזער פאָרשטעלונג. א טראַנזישאַנאַל היץ זינקען געמאכט פון מאַטעריאַלס מיט הויך טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי און אַ נעענטער יקספּאַנשאַן גלייַכן צו דעם שפּאָן קענען העלפֿן פאַרמינערן דעם אַרויסגעבן. פּראָסט מאַטעריאַלס פֿאַר די טראַנזישאַנאַל היץ זינקען אַרייַננעמען אַלומינום ניטרידע סעראַמיק, בעריליאַם אַקסייד סעראַמיק, סיליציום קאַרבידע סעראַמיק, טאַנגסטען-קופּער אַללויס, סלאַקאַן קאַרבידע ווייפערעס און דימענט דין פילמס און דיאַמאָנד דין פילמס.

i. טאַנגסטען-קופּער צומיש טאַנגסטען-קופּער אַללויס פאַרבינדן די נידעריק יקספּאַנשאַן פון טאַנגסטאַן מיט די הויך טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי פון קופּער, וואָס מאכט זיי ידעאַל פֿאַר סעמיקאַנדאַקטער לייזערז. די טערמאַל יקספּאַנשאַן און קאַנדאַקטיוואַטי פון דעם פּסעוודאָ-צומיש קענען זיין טיילערד דורך אַדזשאַסטינג זייַן זאַץ, און עס גלייַכן מיט סיליציום, גאַליום אַרסענידע און סעראַמיק מאַטעריאַלס. פרי לייזערז אָפט יוטאַלייזד אַ טאַנגסטאַן-קופּער C-אָנקלאַפּן סטרוקטור, וואָס שפּעטער יוואַלווד אין טאַנגסטאַן-קופּער באַרס.

II. אַלומינום ניטרידע אַלומינום ניטרידיע סעראַמיק אָפפערס ויסגעצייכנט פאָרשטעלונג, מיט אַ טעאָרעטיש טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי פון אַרויף צו 320 וו / (m · ק) צו 260 וו / (מ · ק) צו 260 וו / (מ · ק). די טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט איז אויך גאַנץ נאָענט צו די לאַזער טשיפּס, וואָס מאכט עס אַ פּראָסט יבערגאַנג היץ זינקען מאַטעריאַל.

III. Silicon Carbide (SIC) SIC איז אַ טיפּיש נאַטירלעך סופּערלאַטאַס כאָומאַדזשאַנאַס פּאָליטיפּע מיט בוילעט גשמיות און כעמישער פּראָפּערטיעס. עס איז כאַרדנאַס און טראָגן קעגנשטעל זענען רגע בלויז צו דיימאַנדז, און עס באָאָץ אַ טעאָרעטיש טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי פון אַרויף צו 490 וו / (מ · ק) מיט נידעריק יקספּאַנשאַן, ויסגעצייכנט היץ דיסיפּיישאַן און הויך טערמאַל פעסטקייַט, זייַ איז זייער פּאַסיק פֿאַר הויך-מאַכט דעוויסעס. עס ריזיס קעראָוזשאַן און טוט נישט צעשמעלצן אונטער נאָרמאַל דרוק, בשעת די ייבערפלאַך אַקסאַדיישאַן קריייץ אַ סיליציום דייאַקסייד שיכטע וואָס פּריווענץ ווייַטער אַקסאַדיישאַן.

IV. דימענט פֿאַר אָפּטימאַל טערמאַל דיסאַפּיישאַן, דימענט קענען ווערן געניצט ווי אַ קאַנעקטינג מאַטעריאַל צווישן די שפּאָן און קופּער. נאַטירלעך דיאַמאָנד האט אַ יקסעפּשאַנאַל טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי פון 2000 וו / (מ · ק), פינף מאָל די קופּער, מיט אַ נידעריק טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט קאָואַפישאַנט קאָואַפישאַנט קאָואַפישאַנט קאָואַפישאַנט. אזוי, דיאַמאָנד איז אַן ידעאַל היץ סינק מאַטעריאַל פֿאַר הויך-מאַכט סעמיקאַנדאַקטער לייזערז. רעכט צו קאָסטן, נאַטירלעך דימענט איז ניט פיזאַבאַל פֿאַר סעמיקאַנדאַקטער פּאַקקאַגינג, אָבער דימענט איז געניצט ווי אַ היץ זינקען אין צוויי פארמען: דימענט דין פילמס (CVD Diamond) און קאַמפּאָוזיז ווי קופּער און אַלומינום. אָבער, די קאַמפּלעקסיטי פון דימענט פּראַסעסינג קאַטינג, פּאַלישינג, און מעטאַלאַזיישאַן-לימאַץ זייַן גרויס-וואָג אַפּלאַקיישאַן אין סעמיקאַנדאָקטאָר לאַזער היץ סינקס.

v. גראַפענע גראַוויענע איז אַ נייַ צוויי-דימענשאַנאַל טשאַד נאַנאַמיינענער מיט ויסגעצייכנט עלעקטריקאַל, אָפּטיש און טערמאַל פּראָפּערטיעס. די לאַטעראַל טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי קענען דערגרייכן אַרויף צו 5300 וו / (m · k), ווייל יקסידיד אנדערע היץ זינקען מאַטעריאַלס ווי סיליציום קאַרבידע און אַלומינום ניטרידע. אַפּלייינג גראַפענע ווי אַ היץ זינקען אין סעמיקאַנדאַקטער לייזערז ווייַזן גרויס פּאָטענציעל פֿאַר ימפּרוווינג היץ דיסיפּיישאַן און מיטל פאָרשטעלונג.