Wat is 'n Gunn-diode?
Wat is 'n Gunn-diode?
Gunn-diode definisie
'n Gunn-diode is 'n passiewe halwegeleierapparaat met twee terminals, wat slegs uit 'n n-gedoseerde halwegeleiermateriaal saamgestel word, in teenstelling met ander diodes wat uit 'n p-n-junksie bestaan. Gunn-diodes kan gemaak word van materiaal soos Arseenide Gallium (GaAs), Fosfide Indium (InP), Stikstof Gallium (GaN), Telluur Kadmium (CdTe), Sulfide Kadmium (CdS), Arseenide Indium (InAs), Antimonide Indium (InSb) en Selenide Sink (ZnSe).
Die algemene vervaardigingsprosedure behels die groei van 'n epitaksiale laag op 'n ontaarde n+ substraat om drie n-tipe halwegeleierlaeë te vorm (Figuur 1a), waarin die uiterste laeë swaar gedoseer word in vergelyking met die middelste, aktiewe laag.
Daarop word metaalkontakte aan elke einde van die Gunn-diode verskaf om belasing te fasiliteer. Die skemasimbool vir 'n Gunn-diode word deur Figuur 1b getoon en verskil van dié van 'n normale diode om die afwesigheid van 'n p-n-junksie aan te dui.
Wanneer 'n DC-spanning op 'n Gunn-diode aangebring word, ontwikkel 'n elektriese veld oor sy laeë, veral in die sentrale aktiewe gebied. Aanvanklik neem geleiding toe terwyl elektrone van die valensieband na die onderste dal van die geleidingsband beweeg.
Die geassosieerde V-I-grafiek word deur die kromme in die Gebied 1 (gekleur in rooi) van Figuur 2 getoon. Egter, nadat 'n sekere drempelwaarde (Vth) bereik is, neem die geleidingsstroom deur die Gunn-diode af soos deur die kromme in die Gebied 2 (gekleur in blou) van die figuur aangedui word.
Dit is omdat, by hoër spannings, die elektrone in die onderste dal van die geleidingsband in sy hoër dal beweeg, waar hul mobiliteit verminder weens 'n toename in hul effektiewe massa. Die vermindering in mobiliteit veroorsaak 'n vermindering in geleidbaarheid, wat lei tot 'n vermindering in die stroom wat deur die diode vloei.
As gevolg hiervan vertoon die diode 'n negatiewe weerstandgebied in die V-I-kenmerkkromme, wat strek van die Piekpunt tot die Dalepunt. Hierdie effek staan bekend as die oorgedrae-elektron-effek, en Gunn-diodes word ook Transferred Electron Devices genoem.
Verder moet daar opgemerk word dat die oorgedrae-elektron-effek ook Gunn-effek genoem word en na John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) vernoem is nadat hy in 1963 ontdek het dat mikrogolwe gegenereer kan word deur 'n konstante spanning oor 'n chip van n-tipe GaAs-halwegeleier aan te bring. Dit is egter belangrik om op te merk dat die materiaal wat gebruik word om Gunn-diodes te vervaardig, noodsaaklik n-tipe moet wees, aangesien die oorgedrae-elektron-effek slegs vir elektrone en nie vir holtes geldig is nie.
Aangesien GaAs 'n swak geleier is, geneer Gunn-diodes oormatige warmte en benodig 'n warmtesink. By mikrogolf-frekwensies beweeg 'n stroomimpuls oor die aktiewe gebied, begin by 'n spesifieke spanning. Hierdie impulsbeweging verlaag die potensiaalgradiënt, wat verdere impulsformasie verhinder.
'n Nuwe stroomimpuls kan slegs gegenereer word wanneer die vorige impuls die verste eind van die aktiewe gebied bereik, wat die potensiaalgradiënt weer verhoog. Die tyd wat dit neem vir die stroomimpuls om oor die aktiewe gebied te beweeg, bepaal die impulsgenerasietempo en die werksfrekwensie van die Gunn-diode. Om die osilleerfrekwensie te varieer, moet die dikte van die sentrale aktiewe gebied aangepas word.
Verder moet daar opgemerk word dat die aard van die negatiewe weerstand wat deur die Gunn-diode vertoon word, dit in staat stel om as beide 'n versterker en 'n oscillator te werk, waarvan die laaste bekend staan as 'n Gunn-diode-oscillator of Gunn-osculator.
Voordelige kenmerke van Gunn-diodes
Lê in die feit dat hulle die goedkoopste bron van mikrogolwe is (in vergelyking met ander opsies soos klystron-buise)
Hulle is kompak in grootte
Hulle werk oor 'n groot bandwydte en het hoë frekwensiestabiliteit.
Nadele van Gunn-diodes
Hulle het 'n hoë insluitspanning
Hulle is minder doeltreffend onder 10 GHz
Hulle vertoon swak temperatuurstabiliteit.
Toepassings
In elektroniese oscillators om mikrogolf-frekwensies te genereer.
In parametriese versterkers as pompbronne.
In polisieradare.
As sensore in deur-openingsstelsels, indringer-deteksie-stelsels, voetgangersveiligheidsstelsels, ens.
As 'n bronne vir mikrogolf-frekwensies in outomatiese deur-openers, verkeersignaalbestuurders, ens.
In mikrogolf-ontvangerstelsels.
