हिमस्खलन पारगमन समय उपकरण
सामग्री के माध्यम से एक साथ पारगमन समय के साथ हिमस्खलन में वोल्टेज और करंट के बीच विलंब होने की प्रक्रिया को नकारात्मक प्रतिरोध कहा जाता है। इस गुण को प्रदर्शित करने के लिए डायोड बनाने में मदद करने वाले उपकरणों को कहा जाता हैAvalanche transit time devices।
इस श्रेणी के अंतर्गत आने वाले उपकरणों के उदाहरण IMPATT, TRAPATT और BARITT डायोड हैं। आइए हम उनमें से प्रत्येक पर एक नज़र डालें, विस्तार से।
आयात डायोड
यह एक उच्च-शक्ति अर्धचालक डायोड है, जिसका उपयोग उच्च आवृत्ति माइक्रोवेव अनुप्रयोगों में किया जाता है। फुल फॉर्म IMPATT हैIMPact ionization Avalanche Transit Time diode।
एक वोल्टेज ढाल जब IMPATT डायोड पर लागू होता है, तो उच्च प्रवाह होता है। एक सामान्य डायोड अंततः इससे टूट जाएगा। हालाँकि, यह सब झेलने के लिए IMPATT डायोड विकसित किया गया है। एक उच्च संभावित ढाल को वापस डायोड पर लागू किया जाता है और इसलिए जंक्शन पर अल्पसंख्यक वाहक प्रवाहित होते हैं।
आरएफ एसी वोल्टेज का अनुप्रयोग यदि उच्च डीसी वोल्टेज पर लगाया जाता है, तो छेद और इलेक्ट्रॉनों के बढ़े हुए वेग का परिणाम अतिरिक्त छेद और इलेक्ट्रॉनों में होता है, जो उन्हें प्रभावकारी आयनीकरण द्वारा क्रिस्टल संरचना से बाहर निकाल देता है। यदि लागू किया गया मूल डीसी क्षेत्र इस स्थिति को विकसित करने की दहलीज पर था, तो यह हिमस्खलन वर्तमान गुणन की ओर जाता है और यह प्रक्रिया जारी रहती है। इसे निम्न आकृति द्वारा समझा जा सकता है।
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इस प्रभाव के कारण, वर्तमान पल्स 90 ° की एक चरण पारी लेता है। हालांकि, वहाँ होने के बजाय, यह लागू होने वाले पूर्वाग्रह के कारण कैथोड की ओर बढ़ता है। नाड़ी को कैथोड तक पहुंचने में लगने वाला समय इसकी मोटाई पर निर्भर करता हैn+लेयर, जिसे 90 ° फेज शिफ्ट बनाने के लिए समायोजित किया गया है। अब, एक गतिशील आरएफ नकारात्मक प्रतिरोध मौजूद है। इसलिए, IMPATT डायोड एक थरथरानवाला और एक एम्पलीफायर दोनों के रूप में कार्य करता है।
निम्नलिखित आंकड़ा एक IMPATT डायोड के रचनात्मक विवरण को दर्शाता है।
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IMPATT डायोड की दक्षता को इस रूप में दर्शाया गया है
$ $ \ eta = \ left [\ frac {P_ {ac}} {P_ {dc}} \ right] = \ frac {V_a} {V_d} \ left [\ frac {I_a} {_d} \ right] $ $
कहाँ पे,
$ P_ {ac} $ = AC पावर
$ P_ {dc} $ = DC शक्ति
$ V_a \: \ & \: I_a $ = AC वोल्टेज और करंट
$ V_d \: \ & \: I_d $ = DC वोल्टेज और करंट
नुकसान
निम्नलिखित IMPATT डायोड के नुकसान हैं।
- यह शोर है क्योंकि हिमस्खलन एक शोर प्रक्रिया है
- गन डायोड में ट्यूनिंग रेंज उतनी अच्छी नहीं है
अनुप्रयोग
निम्नलिखित IMPATT डायोड के अनुप्रयोग हैं।
- माइक्रोवेव थरथरानवाला
- माइक्रोवेव जनरेटर
- संशोधित आउटपुट थरथरानवाला
- रिसीवर स्थानीय थरथरानवाला
- नकारात्मक प्रतिरोध प्रवर्धन
- घुसपैठ अलार्म नेटवर्क (उच्च क्यू आयात)
- पुलिस का रडार (उच्च Q आयात)
- कम बिजली माइक्रोवेव ट्रांसमीटर (उच्च क्यू IMPATT)
- FM टेलीकॉम ट्रांसमीटर (कम Q IMPATT)
- सीडब्ल्यू डॉपलर रडार ट्रांसमीटर (कम क्यू IMPATT)
TRAPATT डायोड
TRAPATT डायोड का पूर्ण रूप है TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit diode। एक माइक्रोवेव जनरेटर जो सैकड़ों मेगाहर्ट्ज से गीगाहर्ट्ज के बीच संचालित होता है। ये आमतौर पर हाई पीक पावर डायोड होते हैंn+- p-p+ या p+-n-n+एन-प्रकार की कमी क्षेत्र के साथ संरचना, चौड़ाई 2.5 से 1.25 माइक्रोन तक भिन्न होती है। निम्न चित्र में यह दर्शाया गया है।
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जोन के पीछे निचले क्षेत्र क्षेत्र में फंसे इलेक्ट्रॉनों और छेदों को डायोड में कमी क्षेत्र को भरने के लिए बनाया गया है। यह एक उच्च क्षेत्र हिमस्खलन क्षेत्र द्वारा किया जाता है जो डायोड के माध्यम से फैलता है।
निम्नलिखित आंकड़ा एक ग्राफ दिखाता है जिसमें एबी चार्जिंग दिखाता है, बीसी प्लाज्मा गठन दिखाता है, डीई प्लाज्मा निष्कर्षण दिखाता है, ईएफ अवशिष्ट निष्कर्षण दिखाता है, और एफजी चार्ज दिखाता है।
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आइए हम देखें कि प्रत्येक बिंदु पर क्या होता है।
A:हिमस्खलन टूटने के लिए बिंदु A पर वोल्टेज पर्याप्त नहीं है। ए पर, चार्ज वाहक थर्मल जन के कारण डायोड के चार्ज को एक रैखिक समाई की तरह करते हैं।
A-B:इस बिंदु पर, विद्युत क्षेत्र की भयावहता बढ़ जाती है। जब पर्याप्त संख्या में वाहक उत्पन्न होते हैं, तो विद्युत क्षेत्र पूरे विखंडन क्षेत्र में उदासीन हो जाता है, जिससे वोल्टेज B से C तक घट जाता है।
C:यह चार्ज हिमस्खलन को जारी रखने में मदद करता है और इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का एक घना प्लाज्मा बनाया जाता है। इस क्षेत्र को और अधिक उदासीन किया गया है ताकि इलेक्ट्रॉनों या छेदों को परत से बाहर न जाने दिया जाए, और शेष प्लाज्मा को फंसा दिया जाए।
D: बिंदु डी पर वोल्टेज कम हो जाता है। प्लाज्मा को साफ करने के लिए एक लंबे समय की आवश्यकता होती है क्योंकि कुल प्लाज्मा चार्ज बाहरी वर्तमान में प्रति यूनिट समय चार्ज की तुलना में बड़ा होता है।
E:बिंदु E पर, प्लाज्मा को हटा दिया जाता है। छेद और इलेक्ट्रॉनों के अवशिष्ट प्रभार विक्षेपण परत के एक छोर पर प्रत्येक रहते हैं।
E to F: अवशिष्ट आवेश को हटाते ही वोल्टेज बढ़ता है।
F: बिंदु F पर, आंतरिक रूप से उत्पन्न सभी चार्ज को हटा दिया जाता है।
F to G: डायोड एक संधारित्र की तरह चार्ज होता है।
G:बिंदु G पर, डायोड करंट आधी अवधि के लिए शून्य पर आता है। जैसा कि ऊपर ग्राफ में दिखाया गया है, वोल्टेज स्थिर रहता है। यह अवस्था तब तक जारी रहती है जब तक करंट वापस नहीं आता और चक्र दोहराता रहता है।
हिमस्खलन क्षेत्र का वेग $ V_s $ के रूप में दर्शाया गया है
$ $ V_s = \ frac {dx} {dt} = \ frac {J} {qN_A}
कहाँ पे
$J$ = वर्तमान घनत्व
$q$= इलेक्ट्रॉन आवेश 1.6 x 10 -19
$ N_A $ = डोपिंग एकाग्रता
हिमस्खलन क्षेत्र जल्दी से अधिकांश डायोड के पार जाएगा और वाहकों के पारगमन समय का प्रतिनिधित्व करता है
$$ \ tau_s = \ frac {L} {V_s} $ $
कहाँ पे
$ V_s $ = संतृप्त वाहक बहाव वेग
$ L $ = नमूने की लंबाई
यहां गणना की गई पारगमन समय इंजेक्शन और संग्रह के बीच का समय है। बार-बार की जाने वाली क्रिया इसे एक एम्पलीफायर बनाने के लिए आउटपुट बढ़ाती है, जबकि सर्किट के साथ शंट में जुड़ा एक माइक्रोवेव कम पास फिल्टर इसे एक थरथरानवाला के रूप में काम कर सकता है।
अनुप्रयोग
इस डायोड के कई अनुप्रयोग हैं।
- कम शक्ति डॉपलर रडार
- राडार के लिए स्थानीय थरथरानवाला
- माइक्रोवेव बीकन लैंडिंग सिस्टम
- रेडियो अल्टीमीटर
- चरणबद्ध रडार, आदि।
BARITT डायोड
का फुल फॉर्म है BARITT Diode is BARrier Injection Transit Time diode। इस परिवार में ये नवीनतम आविष्कार हैं। हालांकि इन डायोड में लंबे समय तक बहाव क्षेत्र होते हैं जैसे कि IMPATT डायोड, BARITT डायोड में वाहक इंजेक्शन आगे के पक्षपाती जंक्शनों के कारण होता है, लेकिन उनमें हिमस्खलन क्षेत्र के प्लाज्मा से नहीं।
IMPATT डायोड में, वाहक इंजेक्शन प्रभाव आयनीकरण के कारण काफी शोर है। BARITT डायोड में, शोर से बचने के लिए, वाहक इंजेक्शन को छिद्र क्षेत्र के माध्यम से पंच द्वारा प्रदान किया जाता है। एक BARITT डायोड में नकारात्मक प्रतिरोध, पी-टाइप सामग्री से बना डायोड के कलेक्टर अंत तक इंजेक्ट किए गए छेद के बहाव के कारण प्राप्त होता है।
निम्नलिखित आंकड़ा BARITT डायोड के निर्माण संबंधी विवरण को दर्शाता है।
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के लिए m-n-m BARITT डायोड, Ps-Si Schottky बाधा धातुओं के साथ संपर्क करता है n-type Si waferके बीच में। लागू वोल्टेज (30 वी से ऊपर) के साथ धारा में एक तेजी से वृद्धि अर्धचालक में थर्मिओनिक छेद इंजेक्शन के कारण है।
महत्वपूर्ण वोल्टेज $ (Vc) $ डोपिंग निरंतर $ (N) $, सेमीकंडक्टर $ (L) $ की लंबाई और अर्धचालक ढांकता हुआ पारगम्यता $ (\ epsilon S) $ के रूप में प्रतिनिधित्व करता है
$ $ V_c = \ frac {qNL ^ 2} {2 \ epsilon S} $$
अखंड माइक्रोवेव एकीकृत सर्किट (MMIC)
माइक्रोवेव आईसी पारंपरिक वेवगाइड या समाक्षीय सर्किट के लिए सबसे अच्छा विकल्प है, क्योंकि वे वजन में कम, आकार में छोटे, अत्यधिक विश्वसनीय और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य हैं। अखंड माइक्रोवेव एकीकृत सर्किट के लिए उपयोग की जाने वाली मूल सामग्री हैं -
- सब्सट्रेट सामग्री
- कंडक्टर सामग्री
- ढांकता हुआ फिल्में
- प्रतिरोधी फिल्में
आदर्श विशेषताओं और उच्च दक्षता के लिए इन्हें चुना जाता है। सब्सट्रेट जिस पर सर्किट तत्वों का निर्माण किया जाता है वह महत्वपूर्ण है क्योंकि सामग्री का ढांकता हुआ निरंतर कम अपव्यय कारक के साथ उच्च होना चाहिए, अन्य आदर्श विशेषताओं के साथ। उपयोग की जाने वाली सब्सट्रेट सामग्री GaAs, Ferrite / garnet, Aluminium, बेरिलियम, ग्लास और रूटाइल हैं।
कंडक्टर सामग्री को उच्च चालकता के लिए चुना जाता है, प्रतिरोध का कम तापमान गुणांक, सब्सट्रेट और नक़्क़ाशी के लिए अच्छा आसंजन, आदि एल्यूमीनियम, तांबा, सोना और चांदी मुख्य रूप से कंडक्टर सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। ढांकता हुआ सामग्री और प्रतिरोधक सामग्री को कम नुकसान और अच्छी स्थिरता के लिए चुना जाता है।
निर्माण तकनीक
हाइब्रिड एकीकृत सर्किट में, अर्धचालक उपकरण और निष्क्रिय सर्किट तत्व एक ढांकता हुआ सब्सट्रेट पर बनते हैं। निष्क्रिय सर्किट या तो वितरित या ढेले हुए तत्व हैं, या दोनों का संयोजन है।
हाइब्रिड एकीकृत सर्किट दो प्रकार के होते हैं।
- हाइब्रिड आई.सी.
- लघु संकर आईसी
उपरोक्त दोनों प्रक्रियाओं में, हाइब्रिड आईसी वितरित सर्किट तत्वों का उपयोग करता है जो आईसी पर सिंगल लेयर मेटलाइजेशन तकनीक का उपयोग करते हुए निर्मित होते हैं, जबकि मिनिएचर हाइब्रिड आईसी बहु-स्तरीय तत्वों का उपयोग करता है।
अधिकांश एनालॉग सर्किट FET और डायोड के लिए उपयोग किए जाने वाले सक्रिय एन-टाइप क्षेत्रों को अलग करने के लिए मेसो-आइसोलेशन तकनीक का उपयोग करते हैं। प्लानर सर्किट को अर्ध-इन्सुलेट सब्सट्रेट में आयनों को आरोपित करके गढ़ा जाता है, और अलगाव प्रदान करने के लिए क्षेत्रों को बंद कर दिया जाता है।
"Via hole"प्रौद्योगिकी का उपयोग जमीन से जुड़े स्रोत इलेक्ट्रोड के साथ कनेक्ट करने के लिए किया जाता है, एक GaAs FET में, जो निम्न आकृति में दिखाया गया है।
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MMIC के कई अनुप्रयोग हैं।
- सैन्य संचार
- Radar
- ECM
- चरणबद्ध ऐंटेना एंटीना सिस्टम
- स्प्रेड स्पेक्ट्रम और टीडीएमए सिस्टम
वे लागत प्रभावी हैं और कई घरेलू उपभोक्ता अनुप्रयोगों जैसे डीटीएच, टेलीकॉम और इंस्ट्रूमेंटेशन आदि में भी उपयोग किए जाते हैं।