Gunn Diode in Hindi

Gunn Diode in Hindi

Gunn Diode (गन डायोड) एक दो-टर्मिनल वाली, बिना किसी जंक्शन की एक बल्क डिवाइस है । इसे डायोड भी कहा जाता है क्योंकि इसमें दो टर्मिनल होते हैं। 

Gunn Diode (गन डायोड)

सन 1963 में, J. B. Gunn ने एक N-type GaAs सेमीकंडक्टर से गुजरने वाले करंट की periodic variation को देखा। जब N-type GaAs या InP के कॉन्टेक्ट्स पर DC bias voltage किया, तो उन्होंने निम्न जानकारी मिली:

• करंट पहले शून्य से रैखिक रूप से ऊपर उठता है।
• फिर, एक निश्चित सीमा तक पहुँचने पर यह दोलन करना शुरू कर देता है।
• दोलन की समयावधि कैथोड से एनोड तक इलेक्ट्रॉनों के यात्रा समय के बराबर होती है।

इसे Gunn effect (गन प्रभाव) या bulk effect (बल्क प्रभाव) के रूप में जाना जाता है। गन प्रभाव दिखाने वाली युक्ति को Gunn Diode (गन डायोड) कहते हैं। Gunn Diode (गन डायोड) आमतौर पर एन-टाइप सेमीकंडक्टर सामग्री (जैसे। GaAs, और InP) का उपयोग करके बनाए जाते हैं; इसलिए, उन्हें holes के बजाय electrons से जोड़ा जाना चाहिए।

Gunn Diode (गन डायोड) का संचालन जंक्शन गुणों पर निर्भर नहीं करता है। भले ही इसका कोई जंक्शन न हो, इसे डायोड कहा जाता है, क्योंकि इसमें दो टर्मिनल (एनोड और कैथोड) होते हैं। यह एक सक्रिय दो-टर्मिनल सॉलिड-स्टेट डिवाइस है और मुख्य रूप से 1 से 100 GHz की माइक्रोवेव फ़्रीक्वेंसी रेंज में एक स्थानीय ऑसिलेटर के रूप में उपयोग किया जाता है। गन प्रभाव को डोमेन निर्माण, रिडले-वाटकिंस-हिलसम (RWH) के दो-घाटी सिद्धांत (two-valley theory) या स्थानांतरण इलेक्ट्रॉन तंत्र के आधार पर समझाया जा सकता है।

Structure of Gunn Diode (गन डायोड का संचालन और विशेषताएं)

Gunn Diode (गन डायोड) N-doped सेमीकंडक्टर सामग्री (जैसे GaAs, InP) के एक टुकड़े से बना होता है, जिसमें विपरीत छोर पर दो पतले N+-डॉप्ड लेयर कॉन्टैक्ट होते हैं। एनोड और कैथोड लीड को जोड़ने के लिए दो N+ परतों की आवश्यकता होती है।

गन डायोड की तीन-परत संरचना

Gunn Diode Package and symbol

डिवाइस संरचना के साथ-साथ पैकेज्ड डायोड, और n+ GaAs सब्सट्रेट, n-सक्रिय परत की एपिटैक्सियल परत उगाई जाती है और फिर n+ परत ओमिक संपर्क के लिए उस पर फैल जाती है।

Characteristics Curve

जब दो टर्मिनलों पर एक डीसी वोल्टेज (वी) लागू किया जाता है, तो गाए के टुकड़े में एक विद्युत क्षेत्र (ईओ) स्थापित किया जाएगा (जैसे एक रोकनेवाला में) (चित्र 9.2 (ए))। चित्र 9.2 (बी) दिखाता है कि सामग्री के माध्यम से वर्तमान घनत्व विद्युत क्षेत्र (ईओ) के साथ कैसे बदलता है।

हम जानते हैं कि अपवाह वेग (vd), धारा घनत्व और विद्युत क्षेत्र में निम्नलिखित संबंध हैं:

v_{d}=\mu \vec{E} \vec{J}=nq\mu \vec{E}

प्रारंभ में, जब विद्युत क्षेत्र बढ़ाया जाता है, तो उपरोक्त संबंधों से यह देखा जा सकता है कि बहाव वेग और वर्तमान घनत्व में वृद्धि होती है। इस प्रकार, विद्युत क्षेत्र में वृद्धि के साथ वर्तमान घनत्व बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप सकारात्मक प्रतिरोध होता है। यह तब तक जारी रहता है जब तक विद्युत क्षेत्र थ्रेशोल्ड मान Eth (संबंधित थ्रेशोल्ड वोल्टेज Vth) के रूप में ज्ञात मान तक नहीं पहुंच जाता। जब विद्युत क्षेत्र को थ्रेशोल्ड मान Eth से आगे बढ़ाया जाता है, तो गन प्रभाव होता है और वर्तमान घनत्व कम हो जाता है, जिससे उपकरण नकारात्मक प्रतिरोध प्रदर्शित करता है। यह व्यवहार डोमेन निर्माण के कारण होता है, जिसकी व्याख्या अगले भाग में की जाएगी। यह तब तक जारी रहेगा जब तक फ़ील्ड Ev (इसी घाटी वोल्टेज) के रूप में ज्ञात मान तक नहीं पहुँच जाता। जब वोल्टेज को Ev से आगे बढ़ाया जाता है, तो वर्तमान घनत्व बढ़ जाता है। इस प्रकार,

नकारात्मक प्रतिरोध क्षेत्र:आम तौर पर वर्तमान विद्युत क्षेत्र में वृद्धि के साथ शून्य से रैखिक रूप से बढ़ता है, हालांकि थ्रेसहोल्ड विद्युत क्षेत्र और घाटी विद्युत क्षेत्र के बीच एक क्षेत्र होता है, जहां विद्युत क्षेत्र में वृद्धि के साथ वर्तमान कम हो जाता है। इसे ऋणात्मक प्रतिरोध क्षेत्र कहते हैं। इस वोल्टेज रेंज में गतिशील प्रतिरोध, r, द्वारा दिया गया है

r=dV/dI,r< 0

Domain Formation (डोमेन गठन)

जब डायोड टर्मिनलों पर बायस वोल्टेज (V) लगाया जाता है, तो GaAs पीस के आर-पार एक विद्युत क्षेत्र (E0) स्थापित हो जाता है। जैसे-जैसे E0 बढ़ता है, इलेक्ट्रॉन अपवाह वेग एक निश्चित विभव (Eth) तक बढ़ जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि वेग (vd) लागू विद्युत क्षेत्र के समानुपाती होता है। हालांकि, वोल्टेज में और वृद्धि के साथ, गतिशीलता कम हो जाती है, जिससे वेग कम हो जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों की गति धीमी हो जाती है। यह धीमा होने से ट्रैफिक जाम हो जाता है, और चार्ज लेयर या डोमेन बनाने के लिए अधिक इलेक्ट्रॉनों का ढेर लग जाता है। यह आवेश परत एक विद्युत क्षेत्र (E) उत्पन्न करती है जैसे कि यह बाईं ओर मूल क्षेत्र (E0) को घटाती है और मूल क्षेत्र (E0) को दाईं ओर बढ़ाती है (चित्र 9.3)। नतीजतन, चार्ज गुच्छा दाईं ओर एनोड की ओर धकेल दिया जाता है, जिससे करंट पल्स बन जाता है।

जब यह पल्स एनोड में चला जाता है, तो E0 मूल मान पर वापस चला जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक और ट्रैफिक जाम और दूसरा पल्स बनता है, जो दोलन का कारण बनता है।

इस प्रक्रिया में, एन-टाइप GaAs एनोड की दिशा में डोमेन गठन के दौरान प्राप्त की गई शक्ति को मुक्त करता है। यदि परिस्थितियाँ उपयुक्त हों, तो एनोड पर बिजली की यह रिहाई गन डायोड कॉन्फ़िगरेशन में मौजूद उपयुक्त आवृत्ति की शोर ऊर्जा द्वारा उपयोग की जाएगी और प्रवर्धित हो जाती है। ध्वनि ऊर्जा के प्रवर्धन के परिणामस्वरूप निरंतर दोलन होते हैं। दोलन की आवृत्ति GaAs टुकड़े की लंबाई और इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता पर निर्भर करती है।

RWH थ्योरी या गन डायोड का टू-वैली थ्योरी

Gunn Diode (गन डायोड), जो एन-डॉप्ड सेमीकंडक्टर सामग्री (जैसे GaAs या InP) से बना है, की विशेषता है कि उनके चालन बैंड में अलग-अलग गतिशीलता के साथ दो घाटियाँ हैं। दो-घाटी मॉडल को रिडले-वाटकिंस-हिलसम (RWH) सिद्धांत भी कहा जाता है। N-टाइप GaAs के कंडक्शन बैंड में दो क्षेत्र हैं। इन चालन बैंड क्षेत्रों को ऊपरी घाटी और निचली घाटी के रूप में जाना जाता है। दो घाटियों के बीच ऊर्जा बैंड और इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण नीचे चित्र में दिखाया गया है। GaAs के बारे में निम्नलिखित बातों पर ध्यान दिया जा सकता है:

• एन-टाइप GaAs में, वैलेंस बैंड इलेक्ट्रॉनों से भरा होता है, और चालन बैंड आंशिक रूप से भरा होता है।
• संयोजकता बैंड और चालन बैंड के बीच निषिद्ध ऊर्जा अंतराल लगभग 1.43 eV है।
• निचली घाटी (n1) में इलेक्ट्रॉन एक छोटा प्रभावी द्रव्यमान (m1) और बहुत उच्च गतिशीलता, μ1 प्रदर्शित करते हैं।
• ऊपरी घाटी (एन 2) में इलेक्ट्रॉन एक बड़े प्रभावी द्रव्यमान (एम 2) और बहुत कम गतिशीलता, μ2 प्रदर्शित करते हैं।
• दो घाटियों को लगभग 0.36 eV के एक छोटे ऊर्जा अंतराल, E द्वारा अलग किया जाता है। कम विद्युत क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन निचली घाटी में रहते हैं और सामग्री ओमिक रूप से व्यवहार करती है। जब विद्युत क्षेत्र एक निश्चित दहलीज मान Eth तक पहुँच जाता है, तो इलेक्ट्रॉन निचली घाटी से ऊपरी घाटी में बह जाएंगे। यदि निचले से ऊपरी घाटी में इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण की दर बहुत अधिक है, तो वोल्टेज में वृद्धि के साथ धारा घट जाएगी। इससे औसत इलेक्ट्रॉन गतिशीलता में कमी आती है, μ एक थोक अर्धचालक में क्षेत्र में वृद्धि के साथ, इस प्रकार बराबर नकारात्मक प्रतिरोध होता है। यह खुद को थोक नकारात्मक अंतर प्रतिरोध के रूप में प्रकट करता है।
• औसत इलेक्ट्रॉन गतिशीलता, μ द्वारा दिया जाता है

\mu =(n_{1}\mu _{1}+n_{2}\mu _{2})/(n_{1}+n_{2})

जहाँ

• n1 = निचली घाटी में इलेक्ट्रॉन घनत्व
• n2 = ऊपरी घाटी में इलेक्ट्रॉन घनत्व
• μ1 = निचली घाटी में इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता
• μ2 = ऊपरी घाटी में इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता
• कुल वाहक सांद्रता = n1 + n2

• m1* = निचली घाटी में इलेक्ट्रॉन का प्रभावी द्रव्यमान
• m2* = ऊपरी घाटी में इलेक्ट्रॉन का प्रभावी द्रव्यमान

Typical Characteristics (विशेष लक्षण)

ऑपरेशन का वोल्टेज सक्रिय परत की चौड़ाई पर निर्भर करता है। जब डिवाइस को Eth (3.3 kV/cm), और Emin (11 kV/cm) के बीच काम कराया जाता है, तो उसे E0 = 6 kV/cm कहते हैं। 6 kV/cm पर वर्तमान घनत्व 400 A/cm2 है।

एक विशिष्ट डायोड की विशेषता इस प्रकार हो सकती है:

• CW शक्ति = 25 mW से 250 mW X बैंड (5 – 15 GHz)।
• 18-26.5 गीगाहर्ट्ज़ पर 100 मेगावाट
• 26.5-40 गीगाहर्ट्ज़ पर 40 मेगावाट
• स्पंदित शक्ति = 5W (5-12 GHz)
• दक्षता = 2-12%
• फ़्रीक्वेंसी ट्यूनिंग: गन ऑसिलेटर की आवृत्ति को मैकेनिकल ट्यूनिंग और इलेक्ट्रॉनिक ट्यूनिंग द्वारा बदला जा सकता है।

Applications of Gunn Diode (गन डायोड के अनुप्रयोग)

1. इसका उपयोग रडार ट्रांसमीटरों में कम शक्ति वाले oscillator (जैसे CW Doppler Radar, पुलिस रडार) के रूप में किया जाता है।
2. स्पंदित सिग्नल वाले गन डायोड ऑसिलेटर्स का उपयोग उद्योग टेलीमेट्री सिस्टम में ट्रांसपोंडर में और हवाई यातायात नियंत्रण के लिए किया जाता है।
3. इसका उपयोग ब्रॉडबैंड रैखिक एम्पलीफायर में किया जाता है।
4. इसका उपयोग अनुक्रमिक तर्क सर्किट और तेज संयोजन सर्किट में किया जाता है।
5. इसका उपयोग माइक्रोवेव रिसीवर में निम्न और मध्यम शक्ति दोलक के रूप में किया जाता है।
6. इसका उपयोग पैरामीट्रिक एम्पलीफायर में पंप स्रोतों के रूप में किया जाता है।

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