ثنائي متغير السعة ذو حاجز غير متجانس البنية

ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية هو جهاز أشباه الموصلات يظهر سعة متغيرة مع تحيز الجهد، على غرار الصمام الثنائي المتغير. على عكس الصمام الثنائي،^[1] فإن له علاقة تيار-جهد متماثل وعلاقة متماثلة بين السعة والجهد، كما هو موضح في الرسم البياني إلى اليمين. اخترع إريك كولبرغ الجهاز مع أنديرس رايدبيرغ في عام 1989،^[2] في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا.^[3]

يُظهر الشكل الداخلي للرمز التخطيطي للدائرة ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية. من الرمز، يمكن للمرء أن يستنتج أن ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية يتكون من اثنين، متتاليين، ثنائيات تصحيح متصلة بالتسلسل (مثل ثنائيات شوتكي على سبيل المثال).^[4] تمثل الفجوة الموجودة في منتصف رمز الصمام الثنائي السعة الكامنة في الجهاز. تتحقق الخصائص الكهربائية للـ ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية من خلال فصل طبقتين من مادة أشباه الموصلات (أ) بطبقة أخرى من مادة أشباه الموصلات (ب). يجب أن تكون فجوة النطاق للمادة (ب) أكبر من فجوة المادة (أ). ينتج عن هذا حاجز أمام الناقلات التي تحاول السفر عبر الطبقات (أ) - (ب) - (أ).^[5] عادة ما تكون طبقات (أ) مخدرة n مما يعني أن الإلكترونات هي الغالبية العظمى من ناقلات هذا الجهاز. في الفولتية التحيز المختلفة، يتم إعادة توزيع الموجات الحاملة والمسافة بين الموجات الحاملة على كل جانب من جوانب الحاجز (ب) مختلفة. نتيجة لذلك، فإن ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية له خصائص كهربائية تشبه مكثف اللوحة المتوازية بمسافة لوحة تعتمد على الجهد d.^[6]

التطبيق الرئيسي للديود ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية هو توليد إشارات تردد عالية للغاية من دخل التردد المنخفض. يتم عرض هذا النوع من مضاعفة التردد على شكل ثلاثة أضعاف (3 × مضاعفة) عند 100 جيجاهرتز ^[7] حتى 282 جيجاهرتز ^[8] وما يصل إلى 450 جيجاهرتز،^[9] وأيضًا كخماسيات (5 × مضاعفة) عند 175 جيجاهرتز.^[10]^[11]

أصبح مضاعفة التردد ممكنًا من خلال الاعتماد الشديد على الجهد اللاخطي للسعة C (V). بتغذية إشارة ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية بتردد منخفض و ₁، وتوافقيات أعلى و ₃ = _{3 إف 1} (ثلاثة أضعاف)، f ₅ = 5f ₁ (خماسي)،... سيتم إنشاؤه. يتم إنشاء التوافقيات الفردية فقط، حيث يتم إلغاء التوافقيات حتى بسبب الطبيعة المتماثلة للخطية. أيضًا، باستخدام هذا التناظر المتأصل في الجهاز، يمكن أن يعمل بدون انحياز للتيار المستمر. هذه ميزة مقارنة بوصلة شوتكي الذي يجب أن يكون متحيزًا.^[12]

الإشارات المتولدة عند هذه الترددات (100 جيجاهرتز – 3 THz) لها تطبيقات في مجالات متنوعة مثل علم الفلك الراديوي والتصوير الأمني والتصوير البيولوجي والطب والاتصالات اللاسلكية عالية السرعة.^[13]

المراجع

^ Emadi، T. A.؛ Bryllert، T.؛ Sadeghi، M.؛ Vukusic، J.؛ Stake، J. (2007). "Optimum barrier thickness study for the InGaAs∕InAlAs∕AlAs heterostructure barrier varactor diodes". Applied Physics Letters. AIP Publishing. ج. 90 ع. 1: 012108. DOI:10.1063/1.2430632. ISSN:0003-6951.
^ "Quantum-barrier-varactor diodes for high-efficiency millimetre-wave multipliers," Kollberg et. al, Electron. Lett., vol. 25, no. 25, pp. 1696–8, Dec. 1989.
^ "Schottky diode behaviour with excellent photoresponse in NiO/FTO heterostructure". Applied Surface Science. ج. 418: 328–334. 1 أكتوبر 2017. DOI:10.1016/j.apsusc.2017.01.142. ISSN:0169-4332. مؤرشف من الأصل في 2021-11-25. اطلع عليه بتاريخ 2021-11-25.
^ Saadaoui، Salah؛ Mongi Ben Salem، Mohamed؛ Gassoumi، Malek؛ Maaref، Hassen؛ Gaquière، Christophe (2011). "Electrical characterization of (Ni/Au)/Al0.25Ga0.75N/GaN/SiC Schottky barrier diode". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. ج. 110 ع. 1: 013701. DOI:10.1063/1.3600229. ISSN:0021-8979.
^ "Ultra-nano-crystalline/single crystal diamond heterostructure diode". Diamond and Related Materials. ج. 14 ع. 3–7: 416–420. 1 مارس 2005. DOI:10.1016/j.diamond.2004.12.049. ISSN:0925-9635. مؤرشف من الأصل في 2021-11-25. اطلع عليه بتاريخ 2021-11-25.
^ "Sb-heterostructure interband backward diodes". IEEE Xplore. 5 أكتوبر 2021. مؤرشف من الأصل في 2021-11-25. اطلع عليه بتاريخ 2021-11-25.
^ "A 0.2-W heterostructure barrier varactor frequency tripler at 113 GHz," Vukusic et. al, IEEE Electron Device Letters, vol. 28, issue 5, pp. 340-342, 2007
^ "Monolithic ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية-based 282-GHz tripler with 31-mW output power," Vukusic et. al, IEEE Electron Device Letters, vol. 33, issue 6, pp. 800-802, 2012
^ "High-performance 450-GHz GaAs-based heterostructure barrier varactor tripler" Saglam et. al, IEEE Electron Device Letters, vol. 24, issue 3, pp. 138-140, 2003
^ "A 175 GHz ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية Frequency Quintupler With 60 mW Output Power," Bryllert et. al, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 22, issue 2, pp. 76-78, 2012
^ Ghosh، A. K.؛ Fishman، C.؛ Feng، T. (1978). "SnO2/Si solar cells—heterostructure or Schottky‐barrier or MIS‐type device". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. ج. 49 ع. 6: 3490–3498. DOI:10.1063/1.325260. ISSN:0021-8979.
^ Kalita، Golap؛ Kobayashi، Mai؛ Shaarin، Muhammad Dzulsyahmi؛ Mahyavanshi، Rakesh D.؛ Tanemura، Masaki (28 يونيو 2018). "Schottky Barrier Diode Characteristics of Graphene-GaN Heterojunction with Hexagonal Boron Nitride Interfacial Layer". physica status solidi (a). Wiley. DOI:10.1002/pssa.201800089. ISSN:1862-6300.
^ "High Performance Heterostructure Low Barrier Diodes for Sub-THz Detection". IEEE Xplore. 5 أكتوبر 2021. مؤرشف من الأصل في 2021-11-25. اطلع عليه بتاريخ 2021-11-25.

[Emadi_Bryllert_Sadeghi_Vukusic_2007_p=012108-1] Emadi، T. A.؛ Bryllert، T.؛ Sadeghi، M.؛ Vukusic، J.؛ Stake، J. (2007). "Optimum barrier thickness study for the InGaAs∕InAlAs∕AlAs heterostructure barrier varactor diodes". Applied Physics Letters. AIP Publishing. ج. 90 ع. 1: 012108. DOI:10.1063/1.2430632. ISSN:0003-6951.

[2] "Quantum-barrier-varactor diodes for high-efficiency millimetre-wave multipliers," Kollberg et. al, Electron. Lett., vol. 25, no. 25, pp. 1696–8, Dec. 1989.

[Applied_Surface_Science_2017_pp._328–334-3] "Schottky diode behaviour with excellent photoresponse in NiO/FTO heterostructure". Applied Surface Science. ج. 418: 328–334. 1 أكتوبر 2017. DOI:10.1016/j.apsusc.2017.01.142. ISSN:0169-4332. مؤرشف من الأصل في 2021-11-25. اطلع عليه بتاريخ 2021-11-25.

[Saadaoui_Mongi_Ben_Salem_Gassoumi_Maaref_2011_p=013701-4] Saadaoui، Salah؛ Mongi Ben Salem، Mohamed؛ Gassoumi، Malek؛ Maaref، Hassen؛ Gaquière، Christophe (2011). "Electrical characterization of (Ni/Au)/Al0.25Ga0.75N/GaN/SiC Schottky barrier diode". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. ج. 110 ع. 1: 013701. DOI:10.1063/1.3600229. ISSN:0021-8979.

[Diamond_and_Related_Materials_2005_pp._416–420-5] "Ultra-nano-crystalline/single crystal diamond heterostructure diode". Diamond and Related Materials. ج. 14 ع. 3–7: 416–420. 1 مارس 2005. DOI:10.1016/j.diamond.2004.12.049. ISSN:0925-9635. مؤرشف من الأصل في 2021-11-25. اطلع عليه بتاريخ 2021-11-25.

[IEEE_Xplore_2021-6] "Sb-heterostructure interband backward diodes". IEEE Xplore. 5 أكتوبر 2021. مؤرشف من الأصل في 2021-11-25. اطلع عليه بتاريخ 2021-11-25.

[7] "A 0.2-W heterostructure barrier varactor frequency tripler at 113 GHz," Vukusic et. al, IEEE Electron Device Letters, vol. 28, issue 5, pp. 340-342, 2007

[8] "Monolithic ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية-based 282-GHz tripler with 31-mW output power," Vukusic et. al, IEEE Electron Device Letters, vol. 33, issue 6, pp. 800-802, 2012

[9] "High-performance 450-GHz GaAs-based heterostructure barrier varactor tripler" Saglam et. al, IEEE Electron Device Letters, vol. 24, issue 3, pp. 138-140, 2003

[10] "A 175 GHz ثنائي متغيّر السعة ذو حاجز غير متجانس البنية Frequency Quintupler With 60 mW Output Power," Bryllert et. al, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 22, issue 2, pp. 76-78, 2012

[Ghosh_Fishman_Feng_1978_pp._3490–3498-11] Ghosh، A. K.؛ Fishman، C.؛ Feng، T. (1978). "SnO2/Si solar cells—heterostructure or Schottky‐barrier or MIS‐type device". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. ج. 49 ع. 6: 3490–3498. DOI:10.1063/1.325260. ISSN:0021-8979.

[Kalita_Kobayashi_Shaarin_Mahyavanshi_p.-12] Kalita، Golap؛ Kobayashi، Mai؛ Shaarin، Muhammad Dzulsyahmi؛ Mahyavanshi، Rakesh D.؛ Tanemura، Masaki (28 يونيو 2018). "Schottky Barrier Diode Characteristics of Graphene-GaN Heterojunction with Hexagonal Boron Nitride Interfacial Layer". physica status solidi (a). Wiley. DOI:10.1002/pssa.201800089. ISSN:1862-6300.

[IEEE_ghue_2021-13] "High Performance Heterostructure Low Barrier Diodes for Sub-THz Detection". IEEE Xplore. 5 أكتوبر 2021. مؤرشف من الأصل في 2021-11-25. اطلع عليه بتاريخ 2021-11-25.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]