Полуководне ласере: Ефикасна решења за хлађење за побољшане перформансе

Ласери полуводича, познати по својој компактном величини, лагано дизајн, ниску потрошњу енергије, једноставност модулације и могућности масовне производње, пронашле су широку употребу у различитим областима као што су индустријска прерада, телекомуникације, здравствена заштита, пољима, телекомуникације, здравствене заштите, телекомуникације, здравствене заштите, телекомуникације, здравствена заштита, телекомуникације, здравствена заштита, телекомуникације, здравствена заштита, телекомуникације, здравствене заштите. Како се излазна снага полуводичких ласера ​​наставља да се повећа, значајан део електричне енергије претвара се у топлоту. Оптичке карактеристике, излазна снага и поузданост ових уређаја уско су везане за своју радну температуру, чинећи термичко управљање критичним фактором, посебно за ласере полу-моћи полуводича.

1. хладни принципи полуводичких ласера

Примарно хлађење методе за ласере полуводича укључују природни конвекцијски топлини, микроканеле, термоелектрани хлађење, расхлађивање и решења за топлотну цев. За полуводичке ласере за једноструки чип, природни конвекцијски топлини су често најекономичнији и најчешће се користи због њихове једноставности у производњи и монтажи. Високе термичке проводљивости се обично користе за повећање површине за природну конвекцију, на тај начин повећавајући расипање топлоте и спуштање температуре чипова. Да бисте скратили путање преноса топлоте и искривљене топлотне дисипације, лепљење чипова је сада уобичајено, где је ласерски чип причвршћен на хладњак за хладњаку користећи материјале попут индијума или злато-лимара.

Већина топлоте у полуводичким ласерима генерише се у активном региону чипа, који се затим преноси кроз слојеве као што су лемљење, изолационе и интерфејс, на крају достићи конвенционални топлотни судопер где се расипа конвективним хлађењем. Помоћу хладњака топлоте направљене од високих термичких проводљивости ефикасан је начин да се смањи радна температура полуводичких ласера, обезбеђујући перформансе и поузданост. Приликом одабира материјала топлоте, треба размотрити два кључна фактора:

1. Материјал треба да има високу топлотну проводљивост да би се ефективно распршила топлота.
2. Коефицијент топлотног експанзије материјала треба да одговара томе да се ласерски чип не би дошло до оштећења подстицања на стрес.

2 Материјали за топлоте за полуводичке ласере

Идеалан материјал топлоте би требало да комбинује високу топлотну проводљивост са коефицијентом топлотне експанзије који се у потпуности подудара са ласерским чипом. Бакар се често користи због своје одличне топлотне проводљивости и електрична својства. Међутим, коефицијент бакарног термичког експанзије значајно се разликује од оног ласерског чипа, који може створити топлотни стрес и утицати на ласерски рад. Прелазни топлотни судопер направљен од материјала са високом термичком проводљивошћу и ближе мечеве експанзије са чипом може помоћи у ублажавању овог питања. Заједнички материјали за ове прелазне топлотне судопере укључују керамику алуминијум нитрида, берилијум оксид керамика, силицијум карбида керамика, волфрам-легуре бакра, силицијум карагидних маштава и дијамантских танких филмова.

Ја. Волфстен-бакар Алуји Вогун-бакрене легуре комбинују ниску експанзију волфрана са високом топлотном проводљивошћу бакра, што их чини идеалним за ласере полуводича. Термичка експанзија и проводљивост овог псеудо-легура могу се прилагодити подешавањем његове композиције и добро се подудара са силиконом, галијум арсенидом и керамичким материјалима. Рани ласери су често искориштавали структуру монтажне монтажне монтажне бакрене боје, које су се касније развиле у бакрене бакрене бакрене бакрене боје.

ИИ. Алуминијум нитридни алуминијум нитридни керамика нуди одличне укупне перформансе, а теоријска топлотна проводљивост до 320В / (м · к) и комерцијалне производе обично се крећу од 180В / (м · к) до 260В / (м · к). Коефицијент топлотног експанзије је такође прилично близу стајалишта ласерских чипова, што га чини уобичајеним прелазни материјал топлоте.

ИИИ. Силицијум карбида (СИЦ) СИЦ је типичан природни суперлаттици хомогени политип са изванредним физичким и хемијским својствима. Његова тврдоћа и отпорност на хабање су други само дијамантима и похвали се теоријској топлотној проводљивости до 490В / (м · к)-тхрее килицијум. Са ниским експанзијом, одлична расипација топлоте и висока топлотна стабилност, СИЦ је високо погодна за уређаје за високе напајање. Одужено је корозијом и не се топи у нормалном притиску, док његова површинска оксидација ствара силицијум диоксид који спречава даљу оксидацију.

ИВ. Дијамант за оптималну топлотну дисипацију, дијамант се може користити као повезивање између чипа и бакра. Природни дијамант има изузетну топлотну проводљивост од 2000В / (м · к), пет пута од бакра, са ниским коефицијентом термичког експанзије. Дакле, дијамант је идеалан материјал хладњака за полу-моћ полуводичке ласере. Због трошкова, природни дијамант није изводљив за амбалажу полуводича, али дијамант се користи као хладњак у два облика: дијамантски танки филмови (ЦВД Диамонд) и композитори са металима попут бакра и алуминијума. Међутим, сложеност дијамантског сечења прерађивања, полирања и метализације ограничава велику апликацију у полуводичкој ласерском топлоту.

в. Графне графикон је нова дводимензионална угљенија наноматеријала са одличним електричним, оптичким и топлотним својствима. Његова бочна топлотна проводљивост може достићи до 5300В / (м · к), далеко преко других материјала за хладњаку попут силицијума карбида и алуминијум нитрида. Примјена графике као хладњака у полуводичкој ласерима показује велики потенцијал за побољшање расипања топлоте и перформанси уређаја.