गन डायोड क्या है?

गन डायोड क्या है?

गन डायोड परिभाषा

गन डायोड एक दो-टर्मिनल वाला पसिव सेमीकंडक्टर उपकरण है, जो केवल n-डोपिंग वाले सेमीकंडक्टर सामग्री से बना होता है, जबकि अन्य डायोड p-n जंक्शन से बने होते हैं। गन डायोड ऐसी सामग्रियों से बनाए जा सकते हैं जिनमें अपने चालक बैंड में अनेक, प्रारंभिक रूप से खाली, घनिष्ठ रूप से आसपास की ऊर्जा घाटियाँ होती हैं, जैसे गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), इंडियम फास्फाइड (InP), गैलियम नाइट्राइड (GaN), कैडमियम टेलुराइड (CdTe), कैडमियम सल्फाइड (CdS), इंडियम आर्सेनाइड (InAs), इंडियम एंटिमोनाइड (InSb) और जिंक सेलेनाइड (ZnSe)।

सामान्य विनिर्माण प्रक्रिया में एक डिजेनरेट n+ सब्स्ट्रेट पर एपिटैक्सियल लेयर को बढ़ाया जाता है ताकि तीन n-टाइप सेमीकंडक्टर लेयर (आकृति 1a) बनाए जा सकें, जहाँ अत्यधिक लेयर बीच के, सक्रिय लेयर की तुलना में अधिक डोपिंग वाले होते हैं।

इसके अलावा, गन डायोड के दोनों सिरों पर धातु के संपर्क दिए जाते हैं ताकि बायसिंग को सुविधाजनक बनाया जा सके। गन डायोड के लिए सर्किट संकेत आकृति 1b द्वारा दिखाया गया है, जो सामान्य डायोड से भिन्न होता है, जिससे p-n जंक्शन की अनुपस्थिति को दर्शाया जाता है।

जब गन डायोड पर डीसी वोल्टेज लगाया जाता है, तो इसके लेयरों पर विद्युत क्षेत्र विकसित होता है, विशेष रूप से केंद्रीय सक्रिय क्षेत्र में। प्रारंभ में, चालन में वृद्धि होती है क्योंकि इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड से चालक बैंड की निचली घाटी में चले जाते हैं।

संबंधित V-I ग्राफ आकृति 2 के रिजन 1 (पिंक रंग में) में दिखाए गए वक्र द्वारा दिखाया गया है। हालांकि, एक निश्चित थ्रेशहोल्ड मान (Vth) तक पहुंचने के बाद, गन डायोड के माध्यम से चालन धारा कम हो जाती है, जैसा कि आकृति के रिजन 2 (नीले रंग में) में दिखाए गए वक्र द्वारा दिखाया गया है।

यह होता है क्योंकि, उच्च वोल्टेज पर चालक बैंड की निचली घाटी में इलेक्ट्रॉन उच्च घाटी में चले जाते हैं, जहाँ उनकी गतिशीलता उनके प्रभावी द्रव्यमान के वृद्धि के कारण कम हो जाती है। गतिशीलता की कमी चालकता में कमी लाती है, जो डायोड के माध्यम से बहने वाली धारा को कम करती 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 रखा जाना 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 यह खोज की कि n-टाइप GaAs सेमीकंडक्टर के एक चिप पर एक स्थिर वोल्टेज लगाकर माइक्रोवेव्स उत्पन्न किए जा सकते हैं। हालांकि, यह महत्वपूर्ण है कि गन डायोड बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री आवश्यक रूप से n-टाइप होनी चाहिए क्योंकि ट्रांसफर्ड इलेक्ट्रॉन प्रभाव केवल इलेक्ट्रॉनों के लिए लागू होता है, न कि होल्स के लिए।

क्योंकि GaAs एक खराब चालक है, गन डायोड अत्यधिक गर्मी उत्पन्न करते हैं और एक हीट सिंक की आवश्यकता होती है। माइक्रोवेव आवृत्तियों पर, एक धारा पल्स सक्रिय क्षेत्र में चलता है, जो एक निश्चित वोल्टेज पर शुरू होता है। यह पल्स गति विभव ढाल को कम करती है, जिससे अतिरिक्त पल्स निर्माण को रोक दिया जाता है।

नया धारा पल्स केवल तब उत्पन्न हो सकता है जब पिछला पल्स सक्रिय क्षेत्र के दूर के सिरे तक पहुंच जाता है, जिससे विभव ढाल फिर से बढ़ जाता है। धारा पल्स को सक्रिय क्षेत्र में चलने में लगने वाला समय पल्स उत्पादन 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 दोलक के रूप में काम करने की अनुमति देती है, जिसे गन डायोड दोलक या गन ऑस्किलेटर कहा जाता है।

गन डायोड के लाभ

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

• वे छोटे आकार में होते हैं

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

गन डायोड की दोष

• उनका टर्न-ऑन वोल्टेज उच्च होता है

• 10 GHz से नीचे वे कम कुशल होते हैं

• वे गर्मी स्थिरता की दृष्टि से खराब होते हैं।

प्रयोग

• इलेक्ट्रॉनिक ऑस्किलेटर में माइक्रोवेव आवृत्तियों के उत्पादन के लिए।

• पैरामेट्रिक एम्प्लिफायर में पंप स्रोत के रूप में।

• पुलिस रेडार में।

• दरवाजा खोलने प्रणालियों, अवैध प्रवेश निरीक्षण 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।