DIODE, GUNN DIODE, TUNNEL DIODE, IMPATT DIODE

Dioda

            Dioda adalah merupakan jenis komponen pasif. Secara umum dioda memiliki dua kaki/kutub yaitu kaki anoda ( A ) dan kaki katoda ( K ), terbuat dari bahan semi konduktor tipe P dan semi konduktor tipe N yang tersambung. Semi konduktor tipe P berfungsi sebagai Anoda dan semi konduktor tipe N berfungsi sebagai katoda. Pada daerah sambungan 2 jenis semi konduktor yang berlawanan ini akan muncul daerah deplesi yang akan membentuk gaya barier. Gaya barier ini dapat ditembus dengan tegangan + sebesar 0.7 volt(dioda silicon) yang dinamakan sebagai break down voltage, yaitu tegangan minimum dimana dioda akan bersifat sebagai konduktor/penghantar arus listrik.

            Beberapa macam dioda dan penggunaannya :

·         Dioda silikon --> banyak digunakan pada peralatan catu daya sebagai penyearah arus, pengaman tegangan kejut dsb. Contoh : 1N4001, 1N4007, 1N5404 dsb.

·         Dioda zener --> digunakan untuk membatasi/mengatur tegangan. Contoh : zener 6.2 volt, zener 3.2 volt dsb.

·         LED (Light Emitting Dioda) --> Untuk LED cahaya tampak biasa digunakan sebagai lampu indikator pada peralatan-peralatan elektronik atau lampu2 display,7 segment dsb., sedangkan LED infra merah biasa digunakan pada rangkaian remote control televisi, VCD/DVD player, mouse dsb.

·         Dioda x'tal(istilah ini mungkin tidak cocok, hanya sering digunakan oleh orang2 elektronika saja) --> banyak digunakan pada rangkaian Radio Frequency (RF) sebagai detector gelombang radio. Contoh OA91, BA244.

·         Dioda Gun/Varactor --> banyak digunakan untuk membangkitkan gelombang/oscillator dengan memanfaatkan sifat kapasitornya yang dapat berubah jika diberi tegangan yang berbeda. Contoh : BB106, BB109, BB304 (duo varactor), 1SV217 dsb. Simbol dioda varactor adalah A --►II—K

·         Dioda Bridge --> 4 buah dioda yang dirangkai menjadi rangkaian jembatan/bridge. Banyak digunakan pada rangkaian catu daya sebagai penyearah gelombang penuh (full wave rectifier). Contoh : B40C800, kiprox pada kendaraan bermotor dsb.

Gunn diode

Gunn diode, juga dikenal sebagai sebuah ditransfer elektron perangkat ( ted ), merupakan bentuk diode elektronik. digunakan di frekuensi tinggi. Pembangunannya internal tidak seperti dioda lain bahwa itu hanya terdiri dari bahan semikonduktor dikotori N, sedangkan kebanyakan dioda terdiri dari daerah dikotori N dan P. Dalam dioda Gunn, ada tiga wilayah: dua di antaranya berat N dikotori pada setiap terminal, dengan lapisan tipis dari bahan semikonduktor terkotori ringan di antara. Ketika tegangan diterapkan ke perangkat, gradien listrik akan terbesar di seluruh lapisan tengah tipis. Konduksi akan berlangsung seperti konduktif materi dengan saat ini menjadi sebanding dengan tegangan yang dikenakan. Akhirnya, pada lebih tinggi nilai-nilai bidang, sifat-sifat konduktif lapisan tengah akan diubah, meningkatkan resistivitas nya, mencegah konduksi dan saat ini mulai jatuh. Ini berarti dioda Gunn memiliki daerah resistansi negatif.

Resistansi negatif, dikombinasikan dengan sifat-sifat waktu lapisan menengah, bertanggung jawab untuk menggunakan dioda terbesar: di elektronik osilator frekuensi radio dan di atas. Osilator relaksasi dapat dibuat hanya dengan menerapkan tegangan DC untuk bias perangkat ke daerah resistansi negatif. Akibatnya, resistansi negatif dari dioda membatalkan resistansi positif sirkuit beban, sehingga menciptakan sebuah sirkuit dengan nol resistensi, yang akan menghasilkan osilasi spontan. Frekuensi osilasi adalah sebagian ditentukan oleh sifat dari lapisan tengah dioda, tetapi dapat disetel oleh faktor-faktor eksternal. Dalam praktis oscillators resonator elektronik biasanya ditambahkan untuk mengontrol frekuensi, dalam bentuk waveguide, gelombang mikro, atau bola YIG. Dioda biasanya dipasang di dalam rongga. Dioda membatalkan resistansi kehilangan resonator, sehingga menghasilkan osilasi pada frekuensi yang resonan.

Gunn diode ini didasarkan pada gunn efek, dan keduanya bernama untuk fisikawan j.B. Gunn yang, di ibm pada tahun 1962, menemukan efek yang karena dia menolak untuk menerima hasil dalam tidak konsisten eksperimental galium arsenida seperti " kebisingan ", dan dilacak turun penyebabnya.

Alan chynoweth, dari bell telephone laboratories, menunjukkan pada bulan juni tahun 1965 bahwa hanya sebuah mekanisme transferred-electron bisa menjelaskan hasil percobaan. Interpretasi ridley-watkins-hilsum mengacu pada teori.

Gunn efek, dan hubungannya ke watkins-ridley-hilsum efek masuk ke dalam monografi sastra di awal 1970-an, misalnya di buku pada ditransfer elektron perangkat dan, lebih baru-baru ini pada gelombang nonlinear metode untuk biaya transportasi. Beberapa buku-buku lain yang disediakan cakupan yang sama telah dipublikasikan dalam bentuk campur tahun, dan dapat ditemukan dengan mencari perpustakaan dan katalog penjual buku pada gunn efek.

Band elektronik tersebut struktur dari beberapa bahan semikonduktor, termasuk galium arsenida ( gaas ), memiliki energi lain band atau sub-band selain itu untuk valensi band konduksi dan yang biasanya digunakan dalam perangkat semikonduktor. Band ketiga ini adalah di sebuah energi yang lebih tinggi daripada konduksi normal band dan itu kosong sampai energi yang disediakan untuk mempromosikan elektron untuk itu. Energi yang berasal dari energi kinetik dari elektron balistik. Itu adalah, elektron dalam konduksi tapi bergerak dengan band yang cukup energi kinetik dapat mencapai ketiga band. Elektron ini baik mulai keluar di bawah tingkat fermi dan apakah yang diberikan sebuah cukup lama berarti bebas jalan untuk mengakuisisi energi yang dibutuhkan oleh menerapkan suatu kuat medan listrik, atau mereka yang disuntikkan oleh katoda dengan hak energi. Untuk yang terakhir, katoda bahan yang telah untuk dipilih hati-hati; reaksi kimia pada antarmuka tersebut butuh untuk menjadi dikontrol selama pembuatan pabrikasi dan monoatomic tambahan lapisan bahan lain dimasukkan dengan tegangan.

Tunnel diode

Dioda terowongan atau dioda Esaki adalah jenis dioda semikonduktor yang mampu beroperasi dengan sangat cepat, dalam area frekuensi microwave, dengan menggunakan efek mekanik kuantum yang dikenal dengan tunneling.

 Pertama diciptakan pada Agustus 1957 oleh Leo Esaki dan Tsushin Tokyo Kogyo yang  sekarang dikenal sebagai Sony. Pada tahun 1973, ia menerima Penghargaan Nobel dalam fisika, bersama dengan Brian Josephson, untuk menemukan elektron tunneling efek yang digunakan pada dioda ini.

Dioda ini memiliki berat doped p � n persimpangan hanya sekitar 10 nm ( 100 � ) lebar. Hasil doping berat pada patah bandgap, di mana konduksi band elektron serikat pada n-side lebih atau kurang selaras dengan valence band lubang serikat pada p-side. Dioda tunnel yang pertama diproduksi oleh sony pada tahun 1957  diikuti oleh general electric dan perusahaan lain dari sekitar tahun 1960, dan masih dalam jumlah kecil. Biasanya terbuat dari germanium, tetapi juga dapat dibuat di gallium arsenide dan silikon bahan. Dioda ini digunakan dalam frekuensi konverter dan pemindai. Dioda ini juga memiliki resistansi negatif diferensial dalam bagian dari jangkauan, operasinya dan sebab itu juga digunakan sebagai osilator, amplifier, dan di sirkuit beralih menggunakan histeresis.

Forward bias

Di bawah ke depan bias normal operasi, tegangan sebagai dimulai untuk meningkatkan, elektron pada awalnya terowongan melalui the sangat sempit p-n persimpangan barrier karena diisi electron serikat dalam band konduksi di atas n-side menjadi selaras dengan kosong lubang band valensi serikat di atas p-side dari p-n. Seperti tegangan lebih lanjut serikat meningkatkan ini menjadi lebih misaligned dan arus tetes hal ini disebut perlawanan negatif karena penurunan yang saat ini dengan peningkatan tegangan. Tegangan sebagai meningkat belum lebih lanjut, the diode dimulai untuk bekerja seperti sebuah diode normal, di mana elektron bepergian dengan konduksi di seluruh p-n junction, dan tidak lagi oleh menggali melalui p-n persimpangan barrier. Beginilah yang paling penting daerah operasi untuk sebuah terowongan diode adalah negatif perlawanan wilayah.

Reverse bias

Bila digunakan dalam arah sebaliknya mereka disebut kembali diodes dan dapat bertindak sebagai cepat dengan offset rectifier nol tegangan dan ekstrim untuk kekuasaan oleh linearitas sinyal ( mereka memiliki sebuah Hukum kuadrat akurat karakteristik dalam arah sebaliknya ). Di bawah membalikkan bias diisi serikat di the p-side menjadi semakin selaras dengan kosong di atas n-side serikat dan elektron sekarang terowongan melalui the pn persimpangan barrier secara terbalik arah.

Perbandingan teknis

Di kurva yang mirip dengan sebuah terowongan diode karakteristik kurva. Ini memiliki resistansi dalam negatif tersebut tegangan yang teduh wilayah, antara v1 dan v2. Dalam sebuah konvensional diode semikonduktor, mengambil tempat konduksi sementara yang p-n persimpangan adalah maju bias dan blok arus yang mengalir ketika persimpangan adalah membalikkan bias. Hal ini terjadi sampai ke titik yang dikenal sebagai terbalik tegangan breakdown  konduksi ketika dimulai (sering disertai oleh kehancuran dari perangkat ). Dalam terowongan diode, konsentrasi dalam masa dopant masa p dan n lapisan yang meningkat menjadi titik di mana sebaliknya tegangan breakdown menjadi nol dan the diode melakukan dalam arah sebaliknya. Namun, ketika forward-biased, efek yang aneh terjadi disebut mekanis kuantum tunnelling yang memberikan naik untuk sebuah wilayah di mana peningkatan ke depan tegangan yang disertai oleh penurunan dalam ke depan saat ini.

Negatif wilayah resistansi ini dapat dieksploitasi di sebuah negara padat versi osilator dynatron yang biasanya menggunakan sebuah tetrod katup termionik ( atau tabung Terowongan diode menunjukkan janji besar seperti osilator dan ambang batas frekuensi tinggi ( memicu ) perangkat yang sejak itu akan beroperasi pada frekuensi jauh lebih besar daripada yang tetrode akan, yah ke dalam microwave band. Terowongan aplikasi untuk termasuk diodes osilator lokal untuk uhf tuners televisi, sirkuit memicu dalam oscilloscopes, kecepatan tinggi sirkuit counter, dan sangat fast-rise pulsa waktu sirkuit generator Terowongan diode juga dapat digunakan sebagai low-noise penguat microwave.

Namun, penemuannya, sejak lebih konvensional perangkat semikonduktor memiliki melampaui kinerjanya menggunakan teknik osilator konvensional. Untuk berbagai tujuan, sebuah three-terminal perangkat, seperti sebuah transistor field-effect, adalah lebih fleksibel dari perangkat dengan hanya dua terminal komputer. Terowongan praktis diodes beroperasi pada beberapa milliamperes dan beberapa persepuluh dari sebuah volt, membuat mereka low-power perangkat. gunn diode telah serupa frekuensi tinggi kemampuan dan bisa menangani lebih kekuasaan. Terowongan diodes yang juga relatif tahan terhadap radiasi nuklir, seperti dibandingkan dengan diodes lainnya. Hal ini membuat mereka yah cocok untuk lebih tinggi lingkungan radiasi, seperti yang ditemukan dalam ruang aplikasi.

Longevity

Esaki diodes yang terkenal untuk umur panjang; mereka perangkat yang dibuat di tahun 1960-an masih fungsi. Menulis di alam, esaki dan coauthors state yang perangkat semikonduktor secara umum yang sangat stabil, dan memberi kesan bahwa rak mereka hidup harus tak terbatas " " jika disimpan pada suhu kamar. Mereka pergi pada untuk melaporkan bahwa sebuah tes skala kecil dari 50-year-old mengungkapkan sebuah perangkat " memuaskan konfirmasi dari diode umur panjang ". Seperti melihat pada beberapa sampel dari diodes esaki, berlapis emas besi pin dapat dalam kenyataannya menimbulkan korosi dan pendek keluar untuk kasus. Hal ini biasanya dapat didiagnosis, dan diode di dalam secara normal masih bekerja.

IMPATT diode

adalah dioda berdaya tinggi yang digunakan dalam perangkat elektronik berfrekuensi tinggi dan microwave. Biasanya dibuat dengan silikon karbida karena kerusakan bidang jenis ini tinggi. Dioda beroperasi pada frekuensi antara sekitar 3 ghz atau lebih. dan 100 Keuntungan utamanya adalah kemampuan dayanya tinggi. Diodes ini yang digunakan dalam berbagai aplikasi dari radar low-power sistem alarm. Sebuah kerugian besar menggunakan impatt diodes adalah tingginya level fase suara yang di timbulkan. Data statistik ini hasil dari sifat proses longsor. Tetapi inilah yang membuat generator microwave diodes sangat baik untuk berbagai aplikasi

Struktur divais

Dioda IMPATT mencakup banyak berbeda persimpangan dan perangkat semikonduktor logam. Osilasi IMPATT pertama ini diperoleh dari dioda pertemuan p-n sederhana silikon bias ke istirahat reverse longsoran turun dan dipasang di gelombang mikro. Karena ketergantungan kuat koefisien ionisasi pada medan listrik, sebagian besar pasangan u2013hole % elektron dihasilkan di wilayah bidang tinggi. Elektron dihasilkan segera bergerak ke N daerah, sementara lubang dihasilkan melayang di seluruh wilayah P. Waktu yang dibutuhkan untuk lubang untuk mencapai kontak merupakan transit waktu tunda.

Prinsip kerja

Dampak Ionisasi

Elektron bebas jika sebuah dengan energi yang cukup pemogokan sebuah silikon atom, itu dapat mematahkan ikatan kovalen dari silikon dan membebaskan elektron dari ikatan kovalen.

Jika elektron dibebaskan memperoleh energi dengan menjadi dalam medan listrik dan membebaskan elektron dari lainnya lainnya obligasi kovalen kemudian proses ini bisa sangat cepat ke dalam reaksi cascade berantai memproduksi sejumlah besar elektron dan sebuah arus besar mengalir. Fenomena ini disebut longsor dampak. Di stres, n wilayah yang menekan melalui dan membentuk longsor wilayah dari tulang diode. Tingginya wilayah tahanan adalah drift zone melalui mana longsor yang dihasilkan elektron bergerak ke arah anoda.

Mempertimbangkan sebuah dc bias vb, hanya pendek dari yang diperlukan untuk menyebabkan stres, diterapkan untuk diode. Mari sebuah tegangan ac yang cukup besar dari besarnya menjadi ditumpangkan di dc bias, seperti bahwa selama siklus positif dari tegangan ac yang, the diode digerakkan jauh ke dalam longsor kerusakan. Di t = 0, menurutnya ac tegangan yang nol, dan hanya sebuah pre-breakdown kecil arus mengalir melalui diode. Seperti t meningkat, tegangan berjalan di atas tegangan pemecahan dan sekunder pasang electron-hole yang dihasilkan oleh dampak ionization.

Selama bidang di dalam wilayah longsor dipertahankan meski dalam keadaan rudsak, konsentrasi masa electron-hole akan naik secara eksponensial dengan t. Demikian pula ini meluruh konsentrasi secara eksponensial dengan waktu ketika lapangan adalah dikurangi di bawah tegangan breakdown selama negatif ayunan dari tegangan ac yang. Lubang yang dihasilkan dalam wilayah longsor menghilang di p kawasan dan dikumpulkan oleh katoda.

The elektron yang disuntikkan ke dalam aku zona di mana mereka drift ke arah n region. Kemudian, lapangan dalam longsor mencapai wilayah nya nilai maksimum dan penduduk electron-hole berpasangan mulai membangun. Pada saat ini, para koefisien ionisasi memiliki nilai-nilai maksimal mereka. Yang dihasilkan tersebut konsentrasi elektron tidak mengikuti medan listrik yang seketika karena itu juga tergantung pada jumlah electron-hole berpasangan sudah hadir di longsor wilayah. Maka, konsentrasi elektron pada titik ini akan memiliki kecil nilai. Bahkan setelah lapangan telah melewati maksimum nya nilai, konsentrasi masa electron-hole berlanjut untuk tumbuh karena sekunder generasi pembawa rate masih tetap di atas nilai rata-rata. Karena alasan ini, elektron konsentrasi dalam mencapai wilayah longsor nya nilai maksimum di, ketika lapangan telah menjatuhkan untuk nilai rata-rata. Dengan demikian, jelaslah bahwa wilayah longsor memperkenalkan sebuah 90 fase menggeser antara ac sinyal dan konsentrasi elektron di wilayah ini. Dengan sebuah kenaikan lebih lanjut dalam t, tegangan menurutnya ac menjadi negatif, dan lapangan dalam longsor tetes wilayah di bawah ini nilai kritis.

Elektron dalam longsor itu kemudian wilayah yang disuntikkan ke dalam zona drift mana menginduksi sebuah saat ini di sirkuit eksternal yang telah fase yang berlawanan dengan yang dari tegangan ac. Menurutnya ac, karena itu, menyerap energi dari hanyut elektron seperti mereka decelerated oleh menurunnya lapangan. Hal ini jelas bahwa sebuah fase ideal menggeser antara diode saat ini dan the ac sinyal yang mencapai jika ketebalan drift zone adalah seperti bahwa bunch dari electron dikumpulkan di bagian n - anoda pada saat ini para tegangan ac yang pergi ke nol. Kondisi ini adalah mencapai dengan membuat panjang pintu drift wilayah yang sama dengan panjang gelombang dari sinyal. Situasi ini menghasilkan sebuah fase tambahan menggeser dari 90 antara ac tegangan dan diode saat ini.