دیود IMPATT (انگلیسی : IMPATT Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود IMPATT (انگلیسی : IMPATT Diode) :
دیود IMPATT (IMPATT Diode) که مخفف "IMPact ionization Avalanche Transit-Time" است، یک دیود نیمه هادی قدرتمند برای تولید نوسانات در فرکانس های مایکروویو و میلی متری است. این دیودها بر اساس ترکیبی از دو پدیده فیزیکی کار می کنند: شکست بهمنی (Avalanche Breakdown) و زمان عبور (Transit Time) حامل ها. دیود IMPATT می تواند توان خروجی بسیار بالاتری نسبت به دیود گان تولید کند.
ساختار دیود IMPATT معمولا از نوع PIN (P-type, Intrinsic, N-type) با یک لایه ذاتی (Intrinsic) نسبتا ضخیم است که در ولتاژ معکوس بالا (نزدیک به ولتاژ شکست) بایاس می شود. هنگامی که ولتاژ به حد شکست می رسد، در ناحیه با میدان بالا (معمولا نزدیک پیوند P+)، پدیده بهمن (Avalanche) رخ می دهد و جفت الکترون-حفره تولید می شود.
مکانیزم کار به این صورت است: الکترون های تولید شده در ناحیه بهمن (Avalanche Region) به سمت آند حرکت می کنند. این حرکت (Transit) در ناحیه ذاتی (Drift Region) زمان بر است. ترکیب تاخیر ذاتی ناشی از زمان تشکیل بهمن (Avalanche Buildup Time) و زمان عبور (Transit Time) باعث ایجاد یک تاخیر فاز بین ولتاژ و جریان می شود که منجر به مقاومت منفی (Negative Resistance) در فرکانس های خاص می گردد.
پارامترهای مهم دیود IMPATT عبارتند از: فرکانس کاری (از ۱۰ گیگاهرتز تا چند صد گیگاهرتز)، توان خروجی (از چند ده میلی وات تا چند وات در فرکانس های بالا و تا چند صد وات در فرکانس های پایین تر)، بازده (معمولا ۵-۲۰٪، گاهی تا ۳۰٪)، و ولتاژ کاری بالا (چند ده ولت تا چند صد ولت).
مزیت اصلی دیود IMPATT نسبت به دیود گان، توان خروجی بسیار بالاتر است. در فرکانس های ۱۰ تا ۱۰۰ گیگاهرتز، دیود IMPATT می تواند ده ها برابر دیود گان توان تولید کند. این ویژگی آن را برای کاربردهایی که نیاز به توان بالا دارند، مانند رادارها و ارتباطات نقطه به نقطه، مناسب می سازد.
معایب دیود IMPATT شامل نویز فاز (Phase Noise) نسبتا بالا (به دلیل ماهیت تصادفی فرآیند بهمن) و نیاز به ولتاژ تغذیه بالا است. همچنین دیود IMPATT گرمای زیادی تولید می کند و نیاز به خنک کاری مؤثر دارد. بازده آنها نیز معمولا کمتر از تقویت کننده های ترانزیستوری است.
کاربرد اصلی دیود IMPATT در نوسان سازهای قدرتی مایکروویو (High-Power Microwave Oscillators) برای رادارها، به ویژه رادارهای پالسی (Pulse Radars) است. آنها همچنین در منابع تغذیه مایکروویو برای گرمایش صنعتی، در فرستنده های ارتباطی نقطه به نقطه با توان متوسط، و در تجهیزات اندازه گیری RF کاربرد دارند.
سری معروف دیودهای IMPATT شامل محصولات تولیدکنندگانی مانند Microsemi (بخش Power Products) و MACOM است. این دیودها معمولا در بسته بندی های فلزی-سرامیکی با قابلیت نصب بر روی هیت سینک عرضه می شوند. برای فرکانس های بالاتر (باند W و بالاتر)، دیودهای IMPATT به صورت تراشه (Chip) برای نصب در موج بر (Waveguide) استفاده می شوند.
مواد سازنده دیود IMPATT معمولا سیلیکون (Silicon) برای فرکانس های تا حدود ۱۰۰ گیگاهرتز و گالیوم آرسناید (GaAs) یا ایندیوم فسفاید (InP) برای فرکانس های بالاتر است. دیودهای IMPATT مبتنی بر SiC نیز برای فرکانس های بالا و توان بالا در حال توسعه هستند.
یکی از چالش های دیود IMPATT، مدیریت حرارتی است. چگالی توان در ناحیه کوچک دیود بسیار بالاست و گرمای زیادی تولید می کند. بنابراین، دیودهای IMPATT معمولا بر روی هیت سینک های مسی یا الماسه نصب می شوند و گاهی با خنک کاری اجباری هوا یا مایع خنک می شوند.
در نهایت، دیود IMPATT یک قطعه قدرتمند برای تولید نوسانات مایکروویو با توان بالا است. اگرچه ترانزیستورهای مدرن (مانند GaN HEMT) در بسیاری از کاربردها جایگزین آن شده اند، اما در فرکانس های بالای ۱۰۰ گیگاهرتز و برای توان های متوسط تا بالا، IMPATT همچنان یک گزینه مهم است. با پیشرفت در مواد و ساختار، انتظار می رود دیودهای IMPATT با عملکرد بهتر در آینده نیز مورد استفاده قرار گیرند.
