குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்கள்: மேம்பட்ட செயல்திறனுக்கான திறமையான குளிரூட்டும் தீர்வுகள்

செமிகண்டக்டர் லேசர்கள், அவற்றின் சிறிய அளவு, இலகுரக வடிவமைப்பு, குறைந்த ஆற்றல் நுகர்வு, பண்பேற்றத்தின் எளிமை மற்றும் வெகுஜன உற்பத்தி திறன் ஆகியவற்றிற்கு பெயர் பெற்றவை, தொழில்துறை செயலாக்கம், தொலைத்தொடர்பு, சுகாதாரப் பாதுகாப்பு, வாழ்க்கை அறிவியல் மற்றும் இராணுவம் போன்ற பல்வேறு துறைகளில் பரவலான பயன்பாட்டைக் கண்டறிந்துள்ளன. குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்களின் வெளியீட்டு சக்தி தொடர்ந்து அதிகரித்து வருவதால், மின் சக்தியின் குறிப்பிடத்தக்க பகுதி வெப்பமாக மாற்றப்படுகிறது. இந்த சாதனங்களின் ஒளியியல் பண்புகள், வெளியீட்டு சக்தி மற்றும் நம்பகத்தன்மை ஆகியவை அவற்றின் இயக்க வெப்பநிலையுடன் நெருக்கமாக பிணைக்கப்பட்டுள்ளன, இது வெப்ப நிர்வாகத்தை ஒரு முக்கியமான காரணியாக ஆக்குகிறது, குறிப்பாக உயர் சக்தி குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்களுக்கு.

1. குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்களின் குளிரூட்டும் கொள்கைகள்

குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்களுக்கான முதன்மை குளிரூட்டும் முறைகளில் இயற்கை வெப்பச்சலன வெப்ப மூழ்கிகள், மைக்ரோ சேனல்கள், தெர்மோஎலக்ட்ரிக் குளிரூட்டல், தெளிப்பு குளிரூட்டல் மற்றும் வெப்ப குழாய் தீர்வுகள் ஆகியவை அடங்கும். ஒற்றை-சிப் செமிகண்டக்டர் லேசர்களைப் பொறுத்தவரை, இயற்கை வெப்பச்சலன வெப்ப மூழ்கிகள் பெரும்பாலும் மிகவும் சிக்கனமானவை மற்றும் உற்பத்தி மற்றும் சட்டசபையில் அவற்றின் எளிமை காரணமாக பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இயற்கையான வெப்பச்சலனத்திற்கான மேற்பரப்பு பகுதியை அதிகரிக்க அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் பொருட்கள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இதனால் வெப்பச் சிதறலை அதிகரிக்கும் மற்றும் சிப்பின் வெப்பநிலையை குறைக்கிறது. வெப்ப பரிமாற்ற பாதையை குறைக்கவும், வெப்பச் சிதறலை விரைவுபடுத்தவும், ஃபிளிப்-சிப் பிணைப்பு இப்போது பொதுவாக ஏற்றுக்கொள்ளப்படுகிறது, அங்கு லேசர் சிப் வெப்ப மடுவில் இண்டியம் அல்லது தங்க-டின் சாலிடர் போன்ற பொருட்களைப் பயன்படுத்தி இணைக்கப்பட்டுள்ளது.

குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்களில் உள்ள பெரும்பாலான வெப்பங்கள் சிப்பின் செயலில் உள்ள பகுதியில் உருவாக்கப்படுகின்றன, பின்னர் அவை சாலிடர், காப்பு மற்றும் இடைமுகம் போன்ற அடுக்குகள் வழியாக மாற்றப்படுகின்றன, இறுதியில் வழக்கமான வெப்ப மூழ்கியை அடைகின்றன, அங்கு அது வெப்பச்சலன குளிரூட்டல் மூலம் சிதறடிக்கப்படுகிறது. அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் பொருட்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் வெப்ப மூழ்கிகளைப் பயன்படுத்துவது குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்களின் வேலை வெப்பநிலையைக் குறைப்பதற்கும், செயல்திறன் மற்றும் நம்பகத்தன்மையை உறுதி செய்வதற்கும் ஒரு சிறந்த வழியாகும். வெப்ப மடு பொருட்களைத் தேர்ந்தெடுக்கும்போது, ​​இரண்டு முக்கிய காரணிகளைக் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்:

1. வெப்பத்தை திறம்பட சிதறடிக்க பொருள் அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்டிருக்க வேண்டும்.
2. மன அழுத்தத்தால் தூண்டப்பட்ட சேதத்தைத் தவிர்க்க பொருளின் வெப்ப விரிவாக்க குணகம் லேசர் சிப்புடன் பொருந்த வேண்டும்.

2. குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்களுக்கான வெப்ப மடு பொருட்கள்

ஒரு சிறந்த வெப்ப மடு பொருள் அதிக வெப்ப கடத்துத்திறனை ஒரு வெப்ப விரிவாக்க குணகத்துடன் இணைக்க வேண்டும், இது லேசர் சிப்புடன் நெருக்கமாக பொருந்துகிறது. அதன் சிறந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் மின் பண்புகள் காரணமாக தாமிரம் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இருப்பினும், தாமிரத்தின் வெப்ப விரிவாக்க குணகம் லேசர் சிப்பிலிருந்து கணிசமாக வேறுபடுகிறது, இது வெப்ப அழுத்தத்தை உருவாக்கி லேசர் செயல்திறனை பாதிக்கும். அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட பொருட்களால் ஆன ஒரு இடைநிலை வெப்ப மடு மற்றும் சிப்புடன் நெருக்கமான விரிவாக்கப் போட்டி ஆகியவை இந்த சிக்கலைத் தணிக்க உதவும். இந்த இடைக்கால வெப்ப மூழ்கிகளுக்கான பொதுவான பொருட்களில் அலுமினிய நைட்ரைடு பீங்கான், பெரிலியம் ஆக்சைடு பீங்கான், சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான், டங்ஸ்டன்-செப்பர் அலாய்ஸ், சிலிக்கான் கார்பைடு வேஃபர்ஸ் மற்றும் வைர மெல்லிய படங்கள் ஆகியவை அடங்கும்.

i. டங்ஸ்டன்-செப்பர் அலாய் டங்ஸ்டன்-செப்பர் அலாய்ஸ் டங்ஸ்டனின் குறைந்த விரிவாக்கத்தை தாமிரத்தின் அதிக வெப்ப கடத்துத்திறனுடன் இணைக்கிறது, இது குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்களுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது. இந்த போலி-அலாயின் வெப்ப விரிவாக்கம் மற்றும் கடத்துத்திறன் அதன் கலவையை சரிசெய்வதன் மூலம் வடிவமைக்கப்படலாம், மேலும் இது சிலிக்கான், காலியம் ஆர்சனைடு மற்றும் பீங்கான் பொருட்களுடன் பொருந்துகிறது. ஆரம்பகால ஒளிக்கதிர்கள் பெரும்பாலும் டங்ஸ்டன்-செப்பர் சி-மவுண்ட் கட்டமைப்பைப் பயன்படுத்தின, இது பின்னர் டங்ஸ்டன்-செப்பர் பார்களாக உருவானது.

ii. அலுமினிய நைட்ரைடு அலுமினிய நைட்ரைடு பீங்கான் சிறந்த ஒட்டுமொத்த செயல்திறனை வழங்குகிறது, 320W/(M · K) வரை ஒரு தத்துவார்த்த வெப்ப கடத்துத்திறன், மற்றும் வணிக தயாரிப்புகள் பொதுவாக 180W/(M · K) முதல் 260W/(M · K) வரை இருக்கும். அதன் வெப்ப விரிவாக்க குணகம் லேசர் சில்லுகளுக்கு மிக அருகில் உள்ளது, இது ஒரு பொதுவான இடைக்கால வெப்ப மடு பொருளாக அமைகிறது.

iii. சிலிக்கான் கார்பைடு (sic) sic என்பது ஒரு பொதுவான இயற்கை சூப்பர்லட்டிஸ் ஒரே மாதிரியான பாலிடைப் ஆகும். அதன் கடினத்தன்மை மற்றும் உடைகள் எதிர்ப்பு வைரங்களுக்கு அடுத்தபடியாக உள்ளது, மேலும் இது 490W/(M · K) வரை ஒரு தத்துவார்த்த வெப்ப கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளது - சிலிக்கான் விட மூன்று மடங்கு. குறைந்த விரிவாக்கம், சிறந்த வெப்ப சிதறல் மற்றும் அதிக வெப்ப நிலைத்தன்மை ஆகியவற்றுடன், அதிக சக்தி கொண்ட சாதனங்களுக்கு SIC மிகவும் பொருத்தமானது. இது அரிப்பை எதிர்க்கிறது மற்றும் சாதாரண அழுத்தத்தின் கீழ் உருகாது, அதே நேரத்தில் அதன் மேற்பரப்பு ஆக்சிஜனேற்றம் ஒரு சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு அடுக்கை உருவாக்குகிறது, இது மேலும் ஆக்சிஜனேற்றத்தைத் தடுக்கிறது.

IV. உகந்த வெப்பச் சிதறலுக்கான வைரம் , சிப்புக்கும் தாமிரத்திற்கும் இடையில் இணைக்கும் பொருளாக வைரத்தைப் பயன்படுத்தலாம். நேச்சுரல் டயமண்ட் 2000W/(M · K) இன் விதிவிலக்கான வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்டது, தாமிரத்தை விட ஐந்து மடங்கு, குறைந்த வெப்ப விரிவாக்க குணகம். எனவே, வைரமானது உயர் சக்தி குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்களுக்கு ஒரு சிறந்த வெப்ப மடு பொருள். செலவு காரணமாக, இயற்கை வைரம் குறைக்கடத்தி பேக்கேஜிங்கிற்கு சாத்தியமில்லை, ஆனால் வைரம் இரண்டு வடிவங்களில் வெப்ப மடுவாக பயன்படுத்தப்படுகிறது: வைர மெல்லிய படங்கள் (சி.வி.டி வைரம்) மற்றும் செம்பு மற்றும் அலுமினியம் போன்ற உலோகங்களுடன் கலவைகள். எவ்வாறாயினும், வைர செயலாக்கத்தின் சிக்கலானது-குறைத்தல், மெருகூட்டல் மற்றும் உலோகமயமாக்கல்-அதன் பெரிய அளவிலான பயன்பாட்டை குறைக்கடத்தி லேசர் வெப்பத்தில் மூழ்கடிக்கிறது.

v. கிராபெனின் கிராபெனின் சிறந்த மின், ஆப்டிகல் மற்றும் வெப்ப பண்புகளைக் கொண்ட புதிய இரு பரிமாண கார்பன் நானோ பொருட்கள் ஆகும். அதன் பக்கவாட்டு வெப்ப கடத்துத்திறன் 5300W/(M · K) வரை அடையலாம், இது சிலிக்கான் கார்பைடு மற்றும் அலுமினிய நைட்ரைடு போன்ற பிற வெப்ப மூழ்கி பொருட்களை விட அதிகமாக உள்ளது. குறைக்கடத்தி ஒளிக்கதிர்களில் வெப்ப மடுவாக கிராபெனைப் பயன்படுத்துவது வெப்ப சிதறல் மற்றும் சாதன செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான சிறந்த திறனைக் காட்டுகிறது.