हेटरोस्ट्रक्चर बैरियर वैराक्टर: Difference between revisions

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[[Image:IV CV of HBVmellan.png|right|frame|हेटरोस्ट्रक्चर बैरियर वैरेक्टर के करंट और कैपेसिटेंस में वोल्टेज की निर्भरता]]हेट्रोस्ट्रक्चर बैरियर वैराक्टर (एचबीवी) एक सेमीकंडक्टर डिवाइस है जो एक [[वैक्टर डायोड]] के समान वोल्टेज बायस के साथ एक वैरिएबल कैपेसिटेंस दिखाता है। एक डायोड के विपरीत, इसमें एक [[सम और विषम कार्य]] होते हैं। एंटी-सममित वर्तमान-वोल्टेज संबंध और एक सममित समाई-वोल्टेज संबंध, जैसा कि ग्राफ़ में दाईं ओर दिखाया गया है। डिवाइस का आविष्कार एरिक कोलबर्ग ने 1989 में एंडर्स रिडबर्ग के साथ मिलकर किया था<ref>"Quantum-barrier-varactor diodes for high-efficiency millimetre-wave multipliers," Kollberg et al., Electron. Lett., vol. 25, no. 25, pp. 1696–8, Dec. 1989.</ref> [[चाल्मर्स प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय]] में।
[[Image:IV CV of HBVmellan.png|right|frame|हेटरोस्ट्रक्चर बैरियर वैरेक्टर के धारा और कैपेसिटेंस में वोल्टेज की निर्भरता]]'''हेट्रोस्ट्रक्चर बैरियर वैराक्टर''' (एचबीवी) ऐसा अर्धचालक उपकरण है जो सदिश डायोड के समान वोल्टेज बायस के साथ परिवर्तनीय कैपेसिटेंस दिखाता है। डायोड के विपरीत, इसमें एंटी-सिमेट्रिक वर्तमान-वोल्टेज संबंध और सममित कैपेसिटेंस वोल्टेज संबंध है, जैसा कि ग्राफ़ में दाईं ओर दिखाया गया है। इस उपकरण का आविष्कार एरिक कोलबर्ग ने एंडर्स रिडबर्ग के साथ मिलकर 1989 में चाल्मर्स प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में किया था।<ref>"Quantum-barrier-varactor diodes for high-efficiency millimetre-wave multipliers," Kollberg et al., Electron. Lett., vol. 25, no. 25, pp. 1696–8, Dec. 1989.</ref>


चित्र का इनसेट HBV के सर्किट योजनाबद्ध प्रतीक को दर्शाता है। प्रतीक से, कोई यह निष्कर्ष निकाल सकता है कि HBV में दो, एक के बाद एक, क्रमिक रूप से जुड़े रेक्टिफाइंग डायोड (उदाहरण के लिए Schottky डायोड) शामिल हैं। डायोड प्रतीक के बीच में अंतराल डिवाइस के अंतर्निहित समाई का प्रतिनिधित्व करता है। एचबीवी की विद्युत विशेषताओं को अर्धचालक सामग्री (ए) की दो परतों को एक अन्य अर्धचालक सामग्री (बी) की परत से अलग करके महसूस किया जाता है। सामग्री का बैंड-गैप (बी) सामग्री (ए) से बड़ा होना चाहिए। इसके परिणामस्वरूप परतों (A)-(B)-(A) के माध्यम से यात्रा करने का प्रयास करने वाले वाहकों के लिए बाधा उत्पन्न होती है। (ए) परतें आमतौर पर एन-डॉप्ड होती हैं जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन इस उपकरण के बहुसंख्यक वाहक हैं। अलग-अलग बायस वोल्टेज पर वाहकों का पुनर्वितरण होता है और बैरियर (B) के प्रत्येक तरफ वाहकों के बीच की दूरी अलग-अलग होती है। एक परिणाम के रूप में HBV में वोल्टेज पर निर्भर प्लेट दूरी d के समानांतर प्लेट कैपेसिटर के समान विद्युत गुण होते हैं।
चित्र का इनसेट एचबीवी के परिपथ योजनाबद्ध प्रतीक को दर्शाता है। प्रतीक से, कोई यह निष्कर्ष निकाल सकता है कि एचबीवी में दो, बैक टू बैक, एंटी-सीरियलली कनेक्टेड रेक्टिफाइंग डायोड (उदाहरण के लिए शोट्की डायोड) होते हैं। डायोड प्रतीक के मध्य में अंतराल डिवाइस की अंतर्निहित क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है। एचबीवी की विद्युत विशेषताओं को अर्धचालक सामग्री (ए) की दो परतों को अन्य अर्धचालक सामग्री (बी) की परत से अलग करके अनुभूत किया जाता है। सामग्री (बी) का बैंड-गैप सामग्री (ए) से बड़ा होना चाहिए। इसके परिणामस्वरूप परतों (ए)-(बी)-(ए) के माध्यम से यात्रा करने का प्रयास करने वाले वाहकों के लिए बाधा उत्पन्न होती है। (ए) परतें सामान्यतः एन-डॉप्ड होती हैं जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन इस उपकरण केअधिकांश वाहक हैं। भिन्न-भिन्न बायस वोल्टेज पर वाहकों का पुनर्वितरण होता है और बैरियर (बी) के प्रत्येक ओर वाहकों के मध्य की दूरी भिन्न-भिन्न होती है। परिणामस्वरूप एचबीवी में वोल्टेज पर निर्भर प्लेट दूरी डी  के समानांतर प्लेट संधारित्र के समान विद्युत गुण होते हैं।


HBV डायोड का मुख्य अनुप्रयोग निम्न आवृत्ति इनपुट से अत्यधिक उच्च आवृत्ति संकेत उत्पन्न करना है। इस प्रकार के फ़्रीक्वेंसी गुणक को 100 GHz पर ट्रिपलर (3× गुणन) के रूप में प्रदर्शित किया जाता है<ref>"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</ref> 282 GHz के माध्यम से<ref>"Monolithic HBV-based 282-GHz tripler with 31-mW output power," Vukusic et al., IEEE Electron Device Letters, vol. 33, issue 6, pp. 800-802, 2012</ref> और 450 GHz तक,<ref>"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</ref> और 175 GHz पर क्विंटुप्लर (5× गुणन) के रूप में भी।<ref>"A 175 GHz HBV Frequency Quintupler With 60 mW Output Power," Bryllert et al., IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 22, issue 2, pp. 76-78, 2012</ref>
एचबीवी डायोड का मुख्य अनुप्रयोग निम्न आवृत्ति इनपुट से अत्यधिक उच्च आवृत्ति संकेत उत्पन्न करना है। इस प्रकार की आवृत्ति गुणक को 100 GHz पर ट्रिपलर (3× गुणन) <ref>"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</ref> 282 GHz के माध्यम से<ref>"Monolithic HBV-based 282-GHz tripler with 31-mW output power," Vukusic et al., IEEE Electron Device Letters, vol. 33, issue 6, pp. 800-802, 2012</ref> और 450 GHz तक,<ref>"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</ref> और 175 GHz पर क्विंटुप्लर (5× गुणन) के रूप में प्रदर्शित किया जाता है।<ref>"A 175 GHz HBV Frequency Quintupler With 60 mW Output Power," Bryllert et al., IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 22, issue 2, pp. 76-78, 2012</ref>
धारिता C(V) की अत्यधिक अरेखीय वोल्टेज निर्भरता द्वारा आवृत्ति गुणक को संभव बनाया गया है। HBV को कम आवृत्ति f का संकेत देकर<sub>1</sub>, उच्च हार्मोनिक्स च<sub>3</sub>= क्षमा<sub>1</sub>(ट्रिपल), एफ<sub>5</sub>= पर्ची<sub>1</sub>(क्विंटुप्लर), ... उत्पन्न होगा। केवल विषम हार्मोनिक्स उत्पन्न होते हैं, क्योंकि गैर-रैखिकता की सममित प्रकृति के कारण भी हार्मोनिक्स रद्द कर दिए जाते हैं। इसके अलावा, डिवाइस की इस अंतर्निहित समरूपता का उपयोग करते हुए, यह डीसी-बायसिंग के बिना काम कर सकता है। Schottky डायोड की तुलना में यह एक फायदा है जिसे पक्षपाती होना पड़ता है।


इन फ़्रीक्वेंसी (100 GHz{{snd}} 3 THz) [[ रेडियो खगोल विज्ञान ]], सुरक्षा इमेजिंग, जैविक और मेडिकल इमेजिंग और हाई-स्पीड वायरलेस संचार जैसे विविध क्षेत्रों में अनुप्रयोग हैं।
आवृत्ति गुणन कैपेसिटेंस C(V) की अत्यधिक गैर-रेखीय वोल्टेज निर्भरता द्वारा संभव बनाया गया है। एचबीवी को फीड करके अल्प आवृत्ति f<sub>1</sub> का संकेत देकर, उच्च हार्मोनिक्स f<sub>3</sub>= 3f<sub>1</sub>(ट्रिपल), f<sub>5</sub>= 5f<sub>1</sub>(क्विंटुप्लर), ... का सिग्नल उत्पन्न किया जाएगा। केवल विषम हार्मोनिक्स उत्पन्न होते हैं, क्योंकि गैर-रैखिकता की सममित प्रकृति के कारण सम हार्मोनिक्स भी समाप्त हो जाते हैं। इसके अतिरिक्त, डिवाइस की इस अंतर्निहित समरूपता का उपयोग करते हुए, यह DC-बायसिंग के बिना कार्य कर सकता है। शोट्की डायोड की तुलना में यह लाभ है जिसे पक्षपाती होना पड़ता है।
 
इन आवृत्तियों (100 GHz{{snd}}3 टीएचजेड) पर उत्पन्न सिग्नलों का रेडियोएस्ट्रोनॉमी, सुरक्षा इमेजिंग, जैविक और चिकित्सा इमेजिंग और हाई-स्पीड वायरलेस संचार जैसे विविध क्षेत्रों में अनुप्रयोग होता हैं।


==संदर्भ==
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हेटरोस्ट्रक्चर बैरियर वैरेक्टर के धारा और कैपेसिटेंस में वोल्टेज की निर्भरता

हेट्रोस्ट्रक्चर बैरियर वैराक्टर (एचबीवी) ऐसा अर्धचालक उपकरण है जो सदिश डायोड के समान वोल्टेज बायस के साथ परिवर्तनीय कैपेसिटेंस दिखाता है। डायोड के विपरीत, इसमें एंटी-सिमेट्रिक वर्तमान-वोल्टेज संबंध और सममित कैपेसिटेंस वोल्टेज संबंध है, जैसा कि ग्राफ़ में दाईं ओर दिखाया गया है। इस उपकरण का आविष्कार एरिक कोलबर्ग ने एंडर्स रिडबर्ग के साथ मिलकर 1989 में चाल्मर्स प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में किया था।[1]

चित्र का इनसेट एचबीवी के परिपथ योजनाबद्ध प्रतीक को दर्शाता है। प्रतीक से, कोई यह निष्कर्ष निकाल सकता है कि एचबीवी में दो, बैक टू बैक, एंटी-सीरियलली कनेक्टेड रेक्टिफाइंग डायोड (उदाहरण के लिए शोट्की डायोड) होते हैं। डायोड प्रतीक के मध्य में अंतराल डिवाइस की अंतर्निहित क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है। एचबीवी की विद्युत विशेषताओं को अर्धचालक सामग्री (ए) की दो परतों को अन्य अर्धचालक सामग्री (बी) की परत से अलग करके अनुभूत किया जाता है। सामग्री (बी) का बैंड-गैप सामग्री (ए) से बड़ा होना चाहिए। इसके परिणामस्वरूप परतों (ए)-(बी)-(ए) के माध्यम से यात्रा करने का प्रयास करने वाले वाहकों के लिए बाधा उत्पन्न होती है। (ए) परतें सामान्यतः एन-डॉप्ड होती हैं जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन इस उपकरण केअधिकांश वाहक हैं। भिन्न-भिन्न बायस वोल्टेज पर वाहकों का पुनर्वितरण होता है और बैरियर (बी) के प्रत्येक ओर वाहकों के मध्य की दूरी भिन्न-भिन्न होती है। परिणामस्वरूप एचबीवी में वोल्टेज पर निर्भर प्लेट दूरी डी के समानांतर प्लेट संधारित्र के समान विद्युत गुण होते हैं।

एचबीवी डायोड का मुख्य अनुप्रयोग निम्न आवृत्ति इनपुट से अत्यधिक उच्च आवृत्ति संकेत उत्पन्न करना है। इस प्रकार की आवृत्ति गुणक को 100 GHz पर ट्रिपलर (3× गुणन) [2] 282 GHz के माध्यम से[3] और 450 GHz तक,[4] और 175 GHz पर क्विंटुप्लर (5× गुणन) के रूप में प्रदर्शित किया जाता है।[5]

आवृत्ति गुणन कैपेसिटेंस C(V) की अत्यधिक गैर-रेखीय वोल्टेज निर्भरता द्वारा संभव बनाया गया है। एचबीवी को फीड करके अल्प आवृत्ति f1 का संकेत देकर, उच्च हार्मोनिक्स f3= 3f1(ट्रिपल), f5= 5f1(क्विंटुप्लर), ... का सिग्नल उत्पन्न किया जाएगा। केवल विषम हार्मोनिक्स उत्पन्न होते हैं, क्योंकि गैर-रैखिकता की सममित प्रकृति के कारण सम हार्मोनिक्स भी समाप्त हो जाते हैं। इसके अतिरिक्त, डिवाइस की इस अंतर्निहित समरूपता का उपयोग करते हुए, यह DC-बायसिंग के बिना कार्य कर सकता है। शोट्की डायोड की तुलना में यह लाभ है जिसे पक्षपाती होना पड़ता है।

इन आवृत्तियों (100 GHz – 3 टीएचजेड) पर उत्पन्न सिग्नलों का रेडियोएस्ट्रोनॉमी, सुरक्षा इमेजिंग, जैविक और चिकित्सा इमेजिंग और हाई-स्पीड वायरलेस संचार जैसे विविध क्षेत्रों में अनुप्रयोग होता हैं।

संदर्भ

  1. ↑ "Quantum-barrier-varactor diodes for high-efficiency millimetre-wave multipliers," Kollberg et al., Electron. Lett., vol. 25, no. 25, pp. 1696–8, Dec. 1989.
  2. ↑ "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
  3. ↑ "Monolithic HBV-based 282-GHz tripler with 31-mW output power," Vukusic et al., IEEE Electron Device Letters, vol. 33, issue 6, pp. 800-802, 2012
  4. ↑ "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
  5. ↑ "A 175 GHz HBV Frequency Quintupler With 60 mW Output Power," Bryllert et al., IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 22, issue 2, pp. 76-78, 2012
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