sections
MORE

പരക്കട്ടെ ലേസർ പ്രകാശം

science
SHARE

ഇൻകാൻഡസെന്റ് ബൾബുകളുടെ മങ്ങിയ വെട്ടമായിരുന്നു ഞങ്ങളുടെയൊക്കെ ബാല്യം. ഇപ്പോഴാകട്ടെ, വളരെ നല്ല പ്രകാശം തരുന്നതും കുറച്ചു വൈദ്യുതി മാത്രം ആവശ്യമായതുമായ എൽഇഡിയിൽ എത്തിനിൽക്കുന്നു. ഇനിയുള്ള പ്രകാശവിപ്ലവം ലേസർ ഡയോഡുകളുടേതാണ്. എൽഇഡികളെക്കാളും കാര്യക്ഷമമാണെങ്കിലും ഇവ വിപണിയിലെത്താൻ കുറച്ചു കാത്തിരിക്കേണ്ടിവരും.

ലേസർ ഡയോഡുകളെ ‘പിഐഎൻ ഡയോഡുകൾ’ എന്നു വിശേഷിപ്പിക്കാം. സാധാരണയിലും കൂടുതലായി ഡോപ് ചെയ്ത ഒരു പി–എൻ ടൈപ് സെമികണ്ടക്ടറിന്റെ മധ്യത്തിലുള്ള ആന്തരിക ഭാഗമാണ് എൽഇഡികളിൽ നിന്നു ലേസർ ഡയോഡുകളെ വ്യത്യസ്തമാക്കുന്നത്. അമിതമായി ഡോപ് ചെയ്ത പി–എൻ ടൈപ് അർധചാലകങ്ങളിൽ (സെമികണ്ടക്ടർ) നിന്നു വരുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളും ഹോളുകളും ഒരു സ്ഥലത്തു കേന്ദ്രീകരിക്കുകയും കണ്ണഞ്ചിപ്പിക്കുന്ന പ്രകാശപ്രസരണം ഉണ്ടാകുകയും ചെയ്യും. ഇതാണു ചുരുക്കത്തിൽ ലേസർ ഡയോഡുകളിൽ സംഭവിക്കുന്നത്. ഇപ്പോൾ ലേസർ ഡയോഡുകൾ മെഡിക്കൽ, ടെലികമ്യൂണിക്കേഷൻ രംഗങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കാറുണ്ടെങ്കിലും ദൈനംദിന ആവശ്യങ്ങൾക്കായി കാര്യക്ഷമമായി ഉപയോഗിക്കാനുള്ള ഗവേഷണങ്ങളാണു നടക്കുന്നത്.

ലോകം തിളങ്ങുന്നത് ഇപ്പോൾ എൽഇഡിയിലാണ്. എങ്ങനെയാണ് ഇവ പ്രവർത്തിക്കുന്നതെന്ന് ആലോചിച്ചിട്ടുണ്ടോ? അതു പറയുന്നതിനു മുൻപ് എൽഇഡിയുടെ ചരിത്രം നോക്കാം. 1907ൽ ഹെൻറി ജോസഫ് റൗണ്ട് എന്ന ബ്രിട്ടിഷ് എൻജിനീയർ കണ്ടെത്തിയ ‘ഇലക്ട്രോലൂമിനസെൻസ്’ എന്ന പ്രതിഭാസത്തിൽ നിന്നാണ് നമ്മൾ ഇപ്പോൾ കാണുന്ന തരത്തിലുള്ള എൽഇഡികളുടെ ഉദ്ഭവം. സിലിക്കോൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റലിൽക്കൂടി നിയന്ത്രിതമായി 10 വോൾട്ട് വൈദ്യുതി കടത്തിവിട്ടപ്പോൾ ആ ക്രിസ്റ്റലിൽനിന്നു മഞ്ഞനിറത്തിൽ പ്രകാശമുണ്ടായതായി അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. സിലിക്കൺ കാർബൈഡ്, സിങ്ക് ഓക്‌സൈഡ് തുടങ്ങിയ ക്രിസ്റ്റലുകളിൽ വൈദ്യുതി കടത്തിവിടുമ്പോൾ പ്രകാശപ്രസരണം ഉണ്ടാകുന്നതായി 1920കളിൽ റഷ്യൻ ഗവേഷകൻ ഒലഗ് വ്ലാദ്മിറോവിച്‌ ലോസേവ് കണ്ടെത്തി. എൽഇഡിയെപ്പറ്റിയുള്ള അദ്ദേഹത്തിന്റെ പഠനങ്ങൾ ധാരാളം ഗവേഷണ ജേണലുകളിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു. എങ്കിലും വളരെ കാലത്തോളം ഇവയൊന്നും വാണിജ്യാടിസ്ഥാനത്തിൽ നിർമിച്ചില്ല.

ഗാലിയം ആഴ്സനൈഡ്‌ ക്രിസ്റ്റലുകളിൽ നിന്ന് ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശപ്രസരണം ഉണ്ടായതായി 1955ൽ അമേരിക്കൻ ഫിസിസിസ്റ്റ് റൂബിൻ ബ്രൗൻസ്റ്റീൻ ഫിസിക്കൽ റിവ്യൂ എന്ന ജേണലിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചതിനു ശേഷമാണ് എൽഇഡിയെക്കുറിച്ചു കൂടുതൽ ഗവേഷണം നടന്നത്. അതിനു ശേഷം ജാപ്പനീസ് ശാസ്ത്രജ്ഞൻ ഷുജി നകാമുറ, ഇൻഡിയം ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് ഉപയോഗിച്ചുള്ള നീല എൽഇഡികൾ നിർമിച്ചു. ചില പ്രധാനപ്പെട്ട പേരുകൾ പറഞ്ഞുവെന്നേ ഉള്ളൂ. ഇന്നു നമ്മൾ കാണുന്ന തരത്തിലുള്ള എൽഇഡികൾ ആയിരക്കണക്കിനു ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെയും സാങ്കേതിക വിദഗ്ധരുടെയും ശ്രമഫലമായി നിർമിക്കപ്പെട്ടതാണ്.

‘ഇലക്ട്രോലൂമിനസെൻസ്’ പ്രതിഭാസമാണ് എൽഇഡികളുടെ ശാസ്ത്രീയ അടിസ്ഥാനം എന്നു പറഞ്ഞല്ലോ. എൽഇഡികളെ ഒരു ലൈറ്റ് പ്രസാരണം ചെയ്യുന്ന പി–എൻ ജംക്‌ഷൻ ഡയോഡ് എന്നു ചുരുക്കത്തിൽ പറയാം. കുറച്ചുകൂടി വിശദമാക്കിയാൽ വൈദ്യുതി ഒരു അർധചാലക പദാർഥത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളും ഹോളുകളും അവയുടെ സംയോജനവും (radiative recombination) ആണു പ്രകാശം ഉണ്ടാക്കുന്നത്. അതായത്, നമ്മൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് അനുസൃതമായി അവയുടെ സംയോജനം വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കും. 

സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലുകളുടെ സ്വഭാവമാണ് അവ പ്രസരിപ്പിക്കുന്ന പ്രകാശം തീരുമാനിക്കുന്നത്. അതായത് ഇൻഡിയം ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് (GaN) നീല പ്രകാശം നൽകും എന്നു മുകളിൽ പറഞ്ഞല്ലോ. അതുപോലെ, അലുമിനിയം ഗാലിയം ആർസനൈഡ്‌ (AlGaAs) ചുവന്ന പ്രകാശവും അലുമിനിയം ഗാലിയം ഫോസ്ഫൈഡ്‌ (AlGaP) പച്ച വെളിച്ചവും നൽകും. വെള്ള എൽഇഡി ആദ്യ കാലങ്ങളിൽ പ്രാഥമിക നിറങ്ങളായ ചുവപ്പ്, പച്ച, നീല എന്നിവ നിശ്ചിത അനുപാതത്തിൽ കലർത്തിയാണ് ഉണ്ടാക്കിയതെങ്കിലും, പ്രത്യേക രീതിയിൽ ഉണ്ടാക്കിയ സിങ്ക് സെലീനൈഡ് (ZnSe) പോലെയുള്ള ക്രിസ്റ്റലുകൾ വെള്ള എൽഇഡി ആയി ഫലപ്രദമായി ഉപയോഗിക്കാം എന്നു കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. ഇപ്പോൾ ഒഎൽഇഡികൾ അല്ലെങ്കിൽ ഓർഗാനിക് ലൈറ്റ് എമിറ്റിങ് ഡയോഡുകൾ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്. 

മുകളിൽ പറഞ്ഞ സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലുകൾക്കു പകരമായി ‘ഓർഗാനിക് തന്മാത്രകൾ’ ഉൾപ്പെടുത്തിയ എൽഇഡികളാണ് ഒഎൽഇഡി. പ്രത്യേകമായി ഡിസ്പ്ലേ യൂണിറ്റുകൾക്കാണ് ഉപയോഗിക്കാറുള്ളത്. ഒഎൽഇഡി ഉപയോഗിച്ചുള്ള സ്മാർട് ടിവി ഇപ്പോൾ വിപണിയിൽ ലഭ്യമാണ്. എൽഇഡികൾ ടെലികമ്യൂണിക്കേഷൻ രംഗത്തും സെൻസറുകളായും മാത്രമല്ല, വെള്ളം ശുദ്ധീകരിക്കാൻ വരെ വ്യാവസായിക അടിസ്ഥാനത്തിൽ ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്.

എന്താണ് ഡോപ്പിങ്

ഒരു അർധചാലകത്തിന്റെ ചാലകത വർധിപ്പിക്കുന്നതിനായി അതിന്റെ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയിലേക്ക് അനുയോജ്യമായ അപദ്രവ്യങ്ങൾ (impurities) ചേർത്തുകൊടുക്കുന്ന പ്രക്രിയയാണ് ഡോപ്പിങ് (Dopping). ഡോപ്പിങ് മുഖേന അർധചാലക ക്രിസ്റ്റലുകളിൽ ആവശ്യാനുസരണം ഇലക്ട്രോണുകളെയോ ഹോളുകളെയോ (ഇലക്ട്രോൺ ശൂന്യത) നിർമിച്ചെടുക്കുന്നു. ഇതിലൂടെ എൻ–ടൈപ് (Negative type), പി–ടൈപ് (Positive type) അർധചാലകങ്ങളെ ഉണ്ടാക്കിയെടുക്കുന്നു.

(അയർലൻഡിലെ സ്ലൈഗോ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ നാനോ ടെക്നോളജി ആൻഡ് ബയോ എൻജിനീയറിങ് വിഭാഗം മേധാവിയാണ് ലേഖകൻ)

തൽസമയ വാർത്തകൾക്ക് മലയാള മനോരമ മൊബൈൽ ആപ് ഡൗൺലോഡ് ചെയ്യൂ
MORE IN EDITORIAL
SHOW MORE
FROM ONMANORAMA