دیود سد ناهمگون (Heterojunction Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود سد ناهمگون (Heterojunction Diode) :
دیود سد ناهمگون (Heterojunction Diode) نوعی دیود نیمه هادی است که در آن پیوند بین دو ماده نیمه هادی متفاوت با گاف انرژی (Bandgap) ناهمسان (Heterogeneous) تشکیل می شود. برخلاف دیودهای همگون (Homojunction) مانند دیود سیلیکونی معمولی که در آن پیوند بین دو ناحیه از یک ماده (با دوپینگ متفاوت) است، در دیود ناهمگون از دو ماده مختلف استفاده می شود.
ساختار دیود ناهمگون معمولا از ترکیب مواد نیمه هادی از گروه III-V مانند گالیوم آرسناید (GaAs) و آلومینیوم گالیوم آرسناید (AlGaAs) یا ایندیوم فسفاید (InP) و ایندیوم گالیوم آرسناید (InGaAs) ساخته می شود. انتخاب مواد به گونه ای است که ناپیوستگی در نوار هدایت و نوار ظرفیت (Band Discontinuities) ایجاد شود.
مزیت اصلی دیود ناهمگون، امکان مهندسی نوار انرژی (Band Engineering) است. با انتخاب مناسب مواد و ضخامت لایه ها، می توان سدهای پتانسیل و چاه های کوانتومی (Quantum Wells) ایجاد کرد که رفتار الکترون ها و حفره ها را کنترل می کنند. این امر منجر به بهبود عملکرد در کاربردهای خاص می شود.
یکی از مهم ترین کاربردهای دیود ناهمگون، در دیودهای لیزری (Laser Diodes) با کارایی بالا است. استفاده از ساختارهای ناهمگون دوگانه (Double Heterostructure) باعث محصور شدن حامل ها و نور در ناحیه فعال (Active Region) می شود که بازده لیزر را به شدت افزایش می دهد. لیزرهای VCSEL نیز از ساختارهای ناهمگون استفاده می کنند.
دیودهای ناهمگون در ترانزیستورهای با تحرک الکترونی بالا (HEMTs) و ترانزیستورهای دوقطبی با ناهمگون (HBTs) نیز نقش اساسی دارند. این ترانزیستورها در فرکانس های بالا و توان بالا عملکرد بسیار بهتری نسبت به ترانزیستورهای سیلیکونی دارند و در مخابرات مایکروویو و رادار استفاده می شوند.
پارامترهای مهم دیود ناهمگون به کاربرد بستگی دارد. در دیودهای لیزری، بازده کوانتومی (Quantum Efficiency)، توان خروجی، و طول موج مهم هستند. در کاربردهای الکترونیکی، فرکانس کاری، نویز، و بهره (Gain) اهمیت دارند. به طور کلی، دیودهای ناهمگون عملکرد برتری نسبت به انواع همگون دارند.
یکی از چالش های دیود ناهمگون، تطابق شبکه (Lattice Matching) بین دو ماده است. اگر ثابت شبکه (Lattice Constant) دو ماده متفاوت باشد، عیوب شبکه (Defects) در محل پیوند ایجاد می شود که عملکرد را تخریب می کند. بنابراین، مواد باید با دقت انتخاب شوند تا تطابق شبکه خوبی داشته باشند (مانند GaAs و AlGaAs).
در سال های اخیر، مواد ناهمگون با ناهمخوانی شبکه (Lattice Mismatched) نیز با استفاده از لایه های بافر (Buffer Layers) توسعه یافته اند. به عنوان مثال، GaN روی سیلیکون (GaN-on-Si) که اجازه می دهد از مزایای GaN با هزینه کمتر سیلیکون استفاده شود، اگرچه چالش های ناهمخوانی شبکه را دارد.
دیودهای ناهمگون همچنین در سلول های خورشیدی چندپیوندی (Multi-Junction Solar Cells) استفاده می شوند. در این سلول ها، چندین پیوند ناهمگون با گاف انرژی متفاوت روی هم قرار می گیرند تا بخش های مختلف طیف خورشید را جذب کنند و بازده بسیار بالایی (تا بیش از ۴۰٪) به دست آورند.
در نهایت، دیود سد ناهمگون یک قطعه پیشرفته است که با استفاده از مهندسی نوار انرژی، امکان دستیابی به عملکردهایی را فراهم می کند که با مواد همگون ممکن نیست. این دیودها پایه و اساس بسیاری از فناوری های پیشرفته از جمله لیزرهای نیمه هادی، ترانزیستورهای پرسرعت، و سلول های خورشیدی با بازده بالا هستند.
