गन डायोड क्या है?

गन डायोड क्या है?

गन डायोड की परिभाषा

गन डायोड एक दो-टर्मिनल वाला सक्रिय अर्धचालक उपकरण है, जो केवल n-डोपिंग वाले अर्धचालक सामग्री से बना होता है, जबकि अन्य डायोड p-n जंक्शन से बने होते हैं। गन डायोड गैलियम आरसेनाइड (GaAs), इंडियम फास्फाइड (InP), गैलियम नाइट्राइड (GaN), कैडमियम टेलुराइड (CdTe), कैडमियम सल्फाइड (CdS), इंडियम आरसेनाइड (InAs), इंडियम एंटिमोनाइड (InSb) और जिंक सेलेनाइड (ZnSe) जैसी सामग्रियों से बनाए जा सकते हैं, जिनमें अपने चालक पटल में बहुत सारे, प्रारंभिक रूप से खाली, घनिष्ठ रूप से स्थापित ऊर्जा घाटियाँ होती हैं।

सामान्य निर्माण प्रक्रिया में एक डिग्रेनरेट n+ सबस्ट्रेट पर एपिटैक्सियल परत को बढ़ाया जाता है ताकि तीन n-टाइप अर्धचालक परतें (आकृति 1a) बनें, जिनमें अत्यधिक परतें मध्य, सक्रिय परत की तुलना में अधिक डोपिंग वाली होती हैं।

इसके बाद गन डायोड के दोनों सिरों पर धातु के संपर्क प्रदान किए जाते हैं ताकि विस्थापन सुविधित हो सके। गन डायोड का सर्किट प्रतीक आकृति 1b द्वारा दिखाया गया है और इसमें p-n जंक्शन की अनुपस्थिति को दर्शाने के लिए सामान्य डायोड से अंतर होता है।

जब गन डायोड पर एक DC वोल्टेज लगाया जाता है, तो इसके परतों, विशेष रूप से केंद्रीय सक्रिय क्षेत्र में एक विद्युत क्षेत्र विकसित होता है। प्रारंभ में, चालकता बढ़ती है क्योंकि इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड से चालक पटल की निचली घाटी में चले जाते हैं।

संबंधित V-I ग्राफ आकृति 2 के क्षेत्र 1 (गुलाबी रंग में) में दिखाए गए वक्र द्वारा दर्शाया गया है। हालांकि, एक निश्चित थ्रेशहोल्ड मान (Vth) तक पहुंचने के बाद, गन डायोड के माध्यम से चालक धारा घटती है, जैसा कि आकृति के क्षेत्र 2 (नीले रंग में) में वक्र द्वारा दिखाया गया है।

यह होता है क्योंकि, उच्च वोल्टेज पर चालक पटल की निचली घाटी में इलेक्ट्रॉन उच्च घाटी में चले जाते हैं, जहाँ उनकी गतिशीलता उनके प्रभावी द्रव्यमान में वृद्धि के कारण घट जाती है। गतिशीलता में कमी चालकता में कमी का कारण बनती है, जिससे डायोड के माध्यम से बहने वाली धारा कम हो जाती है।

इस परिणामस्वरूप, डायोड V-I विशेषता वक्र में ऋणात्मक प्रतिरोध क्षेत्र प्रदर्शित करता है, जो पीक पॉइंट से वैली पॉइंट तक फैला होता है। इस प्रभाव को ट्रांसफर्ड इलेक्ट्रॉन प्रभाव कहा जाता है, और गन डायोड को ट्रांसफर्ड इलेक्ट्रॉन डिवाइस भी कहा जाता है।

इसके अलावा, यह ध्यान में रखना चाहिए कि ट्रांसफर्ड इलेक्ट्रॉन प्रभाव को गन प्रभाव भी कहा जाता है और इसे जॉन बैटिसकोम्ब गन (J. B. Gunn) के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 1963 में दिखाया था कि n-टाइप GaAs अर्धचालक के एक चिप पर एक स्थिर वोल्टेज लगाकर माइक्रोवेव उत्पन्न किए जा सकते हैं। हालांकि, यह महत्वपूर्ण है कि गन डायोड निर्मित करने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री का आवश्यक रूप से n-टाइप होना चाहिए क्योंकि ट्रांसफर्ड इलेक्ट्रॉन प्रभाव केवल इलेक्ट्रॉनों के लिए उपलब्ध होता है, न कि होल्स के लिए।

क्योंकि GaAs एक खराब चालक है, गन डायोड अत्यधिक गर्मी उत्पन्न करता है और इसे एक हीट सिंक की आवश्यकता होती है। माइक्रोवेव आवृत्तियों पर, एक धारा पल्स सक्रिय क्षेत्र के माध्यम से गति करता है, जो एक विशिष्ट वोल्टेज पर शुरू होता है। यह पल्स गति क्षेत्र के विभव पतन को कम करती है, जिससे अतिरिक्त पल्स निर्माण को रोक दिया जाता है।

एक नया धारा पल्स तब तक नहीं उत्पन्न हो सकता जब तक पिछला पल्स सक्रिय क्षेत्र के दूर छोर तक नहीं पहुंच जाता, जिससे विभव पतन फिर से बढ़ जाता है। धारा पल्स के सक्रिय क्षेत्र में गति करने में लगने वाला समय पल्स निर्माण दर और गन डायोड की संचालन आवृत्ति को निर्धारित करता है। दोलन आवृत्ति को बदलने के लिए, केंद्रीय सक्रिय क्षेत्र की मोटाई को समायोजित किया जाना चाहिए।

इसके अलावा, गन डायोड द्वारा प्रदर्शित ऋणात्मक प्रतिरोध की प्रकृति इसे एक विस्तारक और एक दोलक के रूप में काम करने की अनुमति देती है, जिसे गन डायोड दोलक या गन दोलक कहा जाता है।

गन डायोड के फायदे

• यह इस तथ्य में निहित है कि वे माइक्रोवेव का सबसे सस्ता स्रोत हैं (क्लाइस्ट्रॉन ट्यूब जैसे अन्य विकल्पों की तुलना में)

• वे छोटे आकार में होते हैं

• वे एक बड़ी बैंडविड्थ पर काम करते हैं और उच्च आवृत्ति स्थिरता रखते हैं।

गन डायोड के नुकसान

• उनका टर्न-ऑन वोल्टेज उच्च होता है

• वे 10 GHz से नीचे कम कुशल होते हैं

• वे गर्मी स्थिरता में कमजोर होते हैं।

अनुप्रयोग

• इलेक्ट्रॉनिक दोलकों में माइक्रोवेव आवृत्तियों के उत्पादन के लिए।

• पैरामेट्रिक विस्तारकों में पंप स्रोत के रूप में।

• पुलिस रेडार में।

• दरवाजा खोलने की प्रणालियों, अवैध प्रवेश निर्णयक प्रणालियों, पैदल यात्री सुरक्षा प्रणालियों आदि में सेंसर के रूप में।

• स्वचालित दरवाजा खोलने, ट्रैफिक सिग्नल नियंत्रक आदि में माइक्रोवेव आवृत्तियों के स्रोत के रूप में।

• माइक्रोवेव रिसीवर सर्किट में।