دیود گالیوم آرسناید (Gallium Arsenide Diode - GaAs Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود گالیوم آرسناید (Gallium Arsenide Diode - GaAs Diode) :
دیود گالیوم آرسناید (Gallium Arsenide Diode) که با علامت GaAs Diode نشان داده می شود، نوعی دیود نیمه هادی است که از ماده گالیوم آرسناید (Gallium Arsenide) به جای سیلیکون استفاده می کند. گالیوم آرسناید یک ماده نیمه هادی مرکب از گروه III-V است که خواص الکترونیکی برتری نسبت به سیلیکون در برخی کاربردها دارد. این دیودها عمدتا در فرکانس های بسیار بالا (مایکروویو و میلی متری) و کاربردهای نوری استفاده می شوند.
مهم ترین مزیت گالیوم آرسناید نسبت به سیلیکون، تحرک الکترونی (Electron Mobility) بسیار بالاتر آن است. الکترون ها در GaAs حدود ۵ تا ۶ برابر سریع تر از سیلیکون حرکت می کنند. این ویژگی باعث می شود دیودهای GaAs بتوانند در فرکانس های بسیار بالا (تا چند صد گیگاهرتز) کار کنند و زمان سوئیچینگ بسیار کوتاهی داشته باشند.
مزیت دیگر، گاف انرژی (Bandgap) مستقیم (Direct Bandgap) GaAs است. در مواد با گاف مستقیم، بازترکیب الکترون و حفره می تواند به راحتی با تولید نور (فوتون) همراه باشد. این ویژگی GaAs را برای ساخت دیودهای نورافشان (LED) و دیودهای لیزری (Laser Diodes) در محدوده نور مرئی و فروسرخ نزدیک ایده آل می سازد.
پارامترهای مهم دیود GaAs شامل سرعت سوئیچینگ بسیار بالا، فرکانس کاری بالا (تا باند W و فراتر)، ولتاژ آستانه معمولا بالاتر از سیلیکون (حدود ۱-۱.۲ ولت برای برخی انواع)، و پایداری دمایی خوب است. همچنین GaAs در برابر تشعشعات (Radiation Hardness) مقاوم تر از سیلیکون است.
کاربرد اصلی دیودهای GaAs در مخابرات مایکروویو و ماهواره ای است. در فرکانس های بالای ۱ گیگاهرتز، دیودهای سیلیکونی معمولی عملکرد ضعیفی دارند، در حالی که دیودهای GaAs می توانند به خوبی کار کنند. از آنها به عنوان میکسر (Mixer)، آشکارساز (Detector)، و ضرب کننده فرکانس (Frequency Multiplier) در این باندها استفاده می شود.
دیودهای شاتکی GaAs (GaAs Schottky Diodes) به دلیل سرعت بالا و نویز کم، در گیرنده های مایکروویو و میلی متری کاربرد گسترده ای دارند. این دیودها در ورودی گیرنده های رادار، سیستم های ارتباطی نقطه به نقطه، و رادیو-تلسکوپ ها استفاده می شوند.
در صنعت مخابرات فیبر نوری، از دیودهای لیزری GaAs (با طول موج ۸۰۰-۹۰۰ نانومتر) و فتودیودهای GaAs برای ارسال و دریافت سیگنال های نوری در مسافت های کوتاه و متوسط استفاده می شود. همچنین LEDهای GaAs برای نور مادون قرمز در کنترل از راه دور (Remote Controls) و سنسورهای مجاورت کاربرد دارند.
یکی از چالش های دیودهای GaAs، هزینه تولید بالاتر آنها نسبت به سیلیکون است. ویفرهای GaAs گران تر هستند و فرآیند ساخت آنها پیچیده تر است. به همین دلیل، استفاده از GaAs محدود به کاربردهایی است که عملکرد برتر آن ضروری است و هزینه توجیه پذیر است.
علاوه بر دیودها، ترانزیستورهای با تحرک الکترونی بالا (HEMTs) و ترانزیستورهای دوقطبی با ناهمگون (HBTs) نیز از GaAs ساخته می شوند که در تقویت کننده های توان فرکانس بالا و مدارات مجتمع مایکروویو (MMICs) کاربرد دارند. دیودهای GaAs اغلب در این مدارات یکپارچه می شوند.
در سال های اخیر، مواد پیشرفته تری مانند نیترید گالیوم (GaN) و کاربید سیلیکون (SiC) برای کاربردهای فرکانس بالا و توان بالا توسعه یافته اند که در برخی زمینه ها جایگزین GaAs می شوند. با این حال، GaAs همچنان در فرکانس های تا حدود ۱۰۰ گیگاهرتز و کاربردهای نوری یک گزینه اصلی و مقرون به صرفه است.
در نهایت، دیود گالیوم آرسناید یک قطعه کلیدی در فناوری های پیشرفته مخابراتی، راداری، و نوری است. با وجود هزینه بالاتر، عملکرد برتر آن در فرکانس های بالا و قابلیت گسیل نور مستقیم، آن را برای کاربردهای خاص ضروری می سازد. با پیشرفت تکنولوژی، انتظار می رود کاربردهای جدیدی برای این دیودها در حوزه هایی مانند اینترنت اشیا پرسرعت و ارتباطات 5G/6G ظهور کند.
