সেমিকন্ডাক্টর লেজার: বর্ধিত পারফরম্যান্সের জন্য দক্ষ কুলিং সলিউশন

সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি, তাদের কমপ্যাক্ট আকার, লাইটওয়েট ডিজাইন, স্বল্প শক্তি খরচ, মড্যুলেশন স্বাচ্ছন্দ্য এবং ব্যাপক উত্পাদন সক্ষমতার জন্য পরিচিত, বিভিন্ন ক্ষেত্রে যেমন শিল্প প্রক্রিয়াকরণ, টেলিযোগাযোগ, স্বাস্থ্যসেবা, জীবন বিজ্ঞান এবং সামরিক হিসাবে ব্যাপক ব্যবহার খুঁজে পেয়েছে। যেহেতু সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির আউটপুট শক্তি বাড়তে থাকে, বৈদ্যুতিক শক্তির একটি উল্লেখযোগ্য অংশ উত্তাপে রূপান্তরিত হয়। এই ডিভাইসগুলির অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্য, আউটপুট শক্তি এবং নির্ভরযোগ্যতা তাদের অপারেটিং তাপমাত্রার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে আবদ্ধ, তাপীয় পরিচালনকে একটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ হিসাবে তৈরি করে, বিশেষত উচ্চ-শক্তি সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির জন্য।

1। সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির শীতল নীতিগুলি

সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির জন্য প্রাথমিক কুলিং পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে প্রাকৃতিক পরিবাহ হিট সিঙ্কস, মাইক্রোক্যানেলস, থার্মোইলেক্ট্রিক কুলিং, স্প্রে কুলিং এবং হিট পাইপ সমাধান। একক-চিপ সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির জন্য, প্রাকৃতিক সংশ্লেষ তাপের সিঙ্কগুলি প্রায়শই সর্বাধিক অর্থনৈতিক এবং সাধারণত উত্পাদন এবং সমাবেশে তাদের সরলতার কারণে ব্যবহৃত হয়। উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা উপকরণগুলি সাধারণত প্রাকৃতিক সংশ্লেষের জন্য পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল বাড়াতে ব্যবহৃত হয়, যার ফলে তাপ অপচয় হ্রাস এবং চিপের তাপমাত্রা হ্রাস করে। তাপ স্থানান্তরের পথটি সংক্ষিপ্ত করতে এবং তাপীয় অপচয় হ্রাস দ্রুত করতে, ফ্লিপ-চিপ বন্ডিং এখন সাধারণত গৃহীত হয়, যেখানে লেজার চিপটি ইন্ডিয়াম বা সোনার টিন সোল্ডারের মতো উপকরণ ব্যবহার করে তাপ সিঙ্কের সাথে সংযুক্ত থাকে।

সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলিতে বেশিরভাগ তাপ চিপের সক্রিয় অঞ্চলে উত্পন্ন হয়, যা পরে সোল্ডার, ইনসুলেশন এবং ইন্টারফেসের মতো স্তরগুলির মাধ্যমে স্থানান্তর করে, অবশেষে প্রচলিত তাপ সিঙ্কে পৌঁছায় যেখানে এটি কনভেটিভ কুলিংয়ের মাধ্যমে বিলুপ্ত হয়। উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা উপকরণ থেকে তৈরি তাপ সিঙ্কগুলি ব্যবহার করা সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির কার্যকরী তাপমাত্রা হ্রাস করার একটি কার্যকর উপায়, কর্মক্ষমতা এবং নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করে। তাপ সিঙ্ক উপকরণ নির্বাচন করার সময়, দুটি মূল বিষয় বিবেচনা করা উচিত:

1. কার্যকরভাবে তাপ বিলুপ্ত করতে উপাদানটির উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা থাকা উচিত।
2. স্ট্রেস-প্ররোচিত ক্ষতি এড়াতে উপাদানের তাপীয় প্রসারণ সহগের সাথে লেজার চিপের সাথে মেলে।

2। সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির জন্য সিঙ্ক উপকরণ উত্তাপ

একটি আদর্শ তাপ সিঙ্ক উপাদানটি লেজার চিপের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে মেলে এমন একটি তাপীয় প্রসারণ সহগের সাথে উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা একত্রিত করা উচিত। তামা প্রায়শই এর দুর্দান্ত তাপ পরিবাহিতা এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যের কারণে ব্যবহৃত হয়। তবে, তামাটির তাপীয় প্রসারণ সহগ লেজার চিপের চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে পৃথক হয়, যা তাপীয় চাপ তৈরি করতে পারে এবং লেজারের কার্যকারিতা প্রভাবিত করতে পারে। উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা সহ উপকরণ দিয়ে তৈরি একটি ট্রানজিশনাল হিট সিঙ্ক এবং চিপের আরও ঘনিষ্ঠ সম্প্রসারণ ম্যাচ এই সমস্যাটি প্রশমিত করতে সহায়তা করতে পারে। এই ট্রানজিশনাল হিট ডুবের জন্য সাধারণ উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড সিরামিক, বেরিলিয়াম অক্সাইড সিরামিক, সিলিকন কার্বাইড সিরামিক, টুংস্টেন-কপি অ্যালো, সিলিকন কার্বাইড ওয়েফার এবং হীরা পাতলা ছায়াছবি।

আমি। টুংস্টেন-কোপার অ্যালো টংস্টেন-কপ্পল অ্যালোগুলি তামাটির উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতাটির সাথে টুংস্টেনের কম প্রসারকে একত্রিত করে, তাদের অর্ধপরিবাহী লেজারগুলির জন্য আদর্শ করে তোলে। এই সিউডো-অ্যালয়ের তাপীয় প্রসারণ এবং পরিবাহিতা এর রচনাটি সামঞ্জস্য করে তৈরি করা যেতে পারে এবং এটি সিলিকন, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড এবং সিরামিক উপকরণগুলির সাথে ভাল মেলে। প্রারম্ভিক লেজারগুলি প্রায়শই একটি টুংস্টেন-কপ্পার সি-মাউন্ট কাঠামো ব্যবহার করে, যা পরে টুংস্টেন-কপ্পার বারগুলিতে বিকশিত হয়েছিল।

ii। অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড সিরামিক 320W/(এম · কে) পর্যন্ত একটি তাত্ত্বিক তাপ পরিবাহিতা সহ দুর্দান্ত সামগ্রিক পারফরম্যান্স সরবরাহ করে এবং বাণিজ্যিক পণ্যগুলি সাধারণত 180W/(m · k) থেকে 260W/(M · K) থেকে শুরু করে। এর তাপীয় প্রসারণ সহগ লেজার চিপগুলির সাথেও বেশ কাছাকাছি, এটি একটি সাধারণ ট্রানজিশনাল তাপ সিঙ্ক উপাদান হিসাবে তৈরি করে।

iii। সিলিকন কার্বাইড (সিক) সিসি হ'ল একটি সাধারণ প্রাকৃতিক সুপারল্যাটিস সমজাতীয় পলিটাইপ যা অসামান্য শারীরিক এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যযুক্ত। এর কঠোরতা এবং পরিধানের প্রতিরোধের হীরার পরে দ্বিতীয় এবং এটি সিলিকনের চেয়ে তিনবার 490W/(m · k) পর্যন্ত একটি তাত্ত্বিক তাপ পরিবাহিতা গর্বিত করে। কম প্রসারণ, দুর্দান্ত তাপ অপচয় এবং উচ্চ তাপীয় স্থায়িত্ব সহ, এসআইসি উচ্চ-শক্তি ডিভাইসের জন্য অত্যন্ত উপযুক্ত। এটি জারা প্রতিরোধ করে এবং স্বাভাবিক চাপের মধ্যে গলে যায় না, যখন এর পৃষ্ঠের জারণ একটি সিলিকন ডাই অক্সাইড স্তর তৈরি করে যা আরও জারণ প্রতিরোধ করে।

iv। হীরা সর্বোত্তম তাপীয় অপচয় হ্রাসের জন্য, হীরা চিপ এবং তামাগুলির মধ্যে সংযোগকারী উপাদান হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। প্রাকৃতিক হীরার 2000W/(এম · কে) এর ব্যতিক্রমী তাপীয় পরিবাহিতা রয়েছে, যা কম তাপীয় প্রসারণ সহগ সহ তামার চেয়ে পাঁচগুণ বেশি। সুতরাং, ডায়মন্ড উচ্চ-শক্তি সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির জন্য একটি আদর্শ তাপ সিঙ্ক উপাদান। ব্যয়ের কারণে, প্রাকৃতিক হীরা অর্ধপরিবাহী প্যাকেজিংয়ের জন্য সম্ভব নয়, তবে ডায়মন্ড দুটি রূপে তাপ সিঙ্ক হিসাবে ব্যবহৃত হয়: ডায়মন্ড পাতলা ছায়াছবি (সিভিডি ডায়মন্ড) এবং তামা এবং অ্যালুমিনিয়ামের মতো ধাতবগুলির সংমিশ্রণগুলি। যাইহোক, ডায়মন্ড প্রসেসিংয়ের জটিলতা-কাটা, পলিশিং এবং ধাতবকরণ-সেমিকন্ডাক্টর লেজার হিট ডুবে এর বৃহত আকারের প্রয়োগকে সীমাবদ্ধ করে।

v। গ্রাফিন গ্রাফিন একটি নতুন দ্বি-মাত্রিক কার্বন ন্যানোম্যাটরিয়াল যা দুর্দান্ত বৈদ্যুতিক, অপটিক্যাল এবং তাপীয় বৈশিষ্ট্যযুক্ত। এর পার্শ্বীয় তাপীয় পরিবাহিতা 5300W/(এম · কে) পর্যন্ত পৌঁছতে পারে, সিলিকন কার্বাইড এবং অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডের মতো অন্যান্য তাপ সিঙ্ক উপকরণকে ছাড়িয়ে যায়। সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলিতে তাপ সিঙ্ক হিসাবে গ্রাফিন প্রয়োগ করা তাপ অপচয় এবং ডিভাইসের কার্যকারিতা উন্নত করার দুর্দান্ত সম্ভাবনা দেখায়।