ما هو دايود غان؟

ما هو ديود غان؟

تعريف ديود غان

ديود غان هو جهاز شبه موصل سلبي ذو طرفين، يتكون فقط من مادة شبه موصلة من نوع n-مُدَوَّر، على عكس الديودات الأخرى التي تتكون من مفصل p-n. يمكن صنع ديودات غان من المواد التي تتألف من وديان طاقة متعددة، في الأصل فارغة ومتجاورة عن كثب في حزام التوصيل مثل أرسينيد الغاليوم (GaAs)، فوسفيد الإنديوم (InP)، نيتريد الغاليوم (GaN)، تيلوريد الكادميوم (CdTe)، سلفيد الكادميوم (CdS)، أرسينيد الإنديوم (InAs)، أنتمونيد الإنديوم (InSb) وسيلينيد الزنك (ZnSe).

تتضمن العملية العامة للتصنيع نمو طبقة إبيتاكسيالية على قاعدة n+ متحللة لتشكيل ثلاث طبقات من الشبه موصل من النوع n (الشكل 1a)، حيث تكون الطبقات المتطرفة مُدَوَّرة بشدة بالمقارنة مع الطبقة الوسطى النشطة.

وبعدها يتم توفير نقاط الاتصال المعدنية في كل من طرفي ديود غان لتسهيل التحيز. رمز الدائرة لديود غان كما هو موضح في الشكل 1b ويختلف عن رمز الديود العادي ليشير إلى عدم وجود مفصل p-n.

عند تطبيق جهد مستمر على ديود غان، يتطور مجال كهربائي عبر طبقاته، خاصة في المنطقة النشطة المركزية. في البداية، يزداد التوصيل بينما تنتقل الإلكترونات من الحزام الثابت إلى الوادي السفلي من حزام التوصيل.

يظهر الرسم البياني المرتبط بـ V-I بواسطة المنحنى في المنطقة 1 (ملونة باللون الوردي) في الشكل 2. ومع ذلك، بعد الوصول إلى قيمة عتبة معينة (Vth)، يقل التيار التوصيلي عبر ديود غان كما يظهر بواسطة المنحنى في المنطقة 2 (ملونة باللون الأزرق) في الشكل.

وهذا لأن الإلكترونات في الوادي السفلي من حزام التوصيل تنتقل إلى الوادي الأعلى حيث تنخفض مرونتها بسبب زيادة كتلتها الفعالة. انخفاض المرونة يؤدي إلى انخفاض التوصيل مما يؤدي إلى انخفاض في التيار المتدفق عبر الديود.

وبالتالي، يظهر الديود منطقة مقاومة سالبة في منحنى خصائص V-I، تمتد من نقطة الذروة إلى نقطة الوادي. هذا التأثير يعرف باسم تأثير الإلكترون المحول، ويُطلق على ديودات غان أيضًا اسم أجهزة الإلكترون المحول.

بالإضافة إلى ذلك، يجب ملاحظة أن تأثير الإلكترون المحول يُعرف أيضًا باسم تأثير غان وهو مسمى على اسم جون باتيسكومب غان (J. B. Gunn) بعد اكتشافه في عام 1963 الذي أظهر أنه يمكن توليد الموجات الدقيقة بتطبيق جهد ثابت عبر شريحة من شبه الموصل من نوع n-GaAs. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن المادة المستخدمة لتصنيع ديودات غان يجب أن تكون من نوع n لأنه ينطبق تأثير الإلكترون المحول فقط على الإلكترونات وليس على الثقوب.

نظرًا لأن GaAs هو موصل ضعيف، فإن ديودات غان تولد حرارة زائدة وتحتاج إلى مبرد حراري. عند ترددات الموجات الدقيقة، يتحرك نبضة تيار عبر المنطقة النشطة، بدءًا من جهد معين. حركة النبضة هذه تقلل من تدرج الجهد، مما يمنع تكوين نبضات أخرى.

يمكن توليد نبضة تيار جديدة فقط عندما يصل النبض السابق إلى نهاية المنطقة النشطة البعيدة، مما يزيد تدرج الجهد مرة أخرى. الوقت الذي يستغرقه النبض لتخطي المنطقة النشطة يحدد معدل توليد النبضات وتكرار تشغيل ديود غان. للتغيير في تردد التذبذب، يجب تعديل سمك المنطقة النشطة المركزية.

بالإضافة إلى ذلك، يجب ملاحظة أن طبيعة المقاومة السالبة التي يظهرها ديود غان تمكنه من العمل كمكبر وأيضًا كمذبذب، والأخير يُعرف بمذبذب ديود غان أو مذبذب غان.

مزايا ديود غان

• يتمثل في أنها مصدر أرخص للموجات الدقيقة (مقارنة بالخيارات الأخرى مثل أنابيب الكليسترون)

• حجمها صغير

• تعمل على نطاق ترددي واسع ولديها استقرار ترددي عالٍ.

عيوب ديود غان

• لديها جهد تشغيل عالٍ

• إنها أقل كفاءة تحت 10 جيجاهرتز

• تظهر استقرار درجة حرارة ضعيف.

تطبيقات

• في المذبذبات الإلكترونية لتوليد ترددات الموجات الدقيقة.

• في المكبِّرات المعلمية كمصادر ضخ.

• في أجهزة الرادار الشرطية.

• كحساسات في أنظمة فتح الأبواب وأنظمة اكتشاف التسلل وأنظمة سلامة المشاة، إلخ.

• كمصدر للموجات الدقيقة في فتحات الأبواب الآلية ووحدات تحكم الإشارات المرورية، إلخ.

• في دوائر استقبال الموجات الدقيقة.