Какво е диод Гън?
Какво е диод на Гън?
Определение на диода на Гън
Диодът на Гън е пасивен полупроводников прибор с две контактни точки, който се състои само от n-допиран материал, в сравнение с други диоди, които са съставени от p-n преход. Диодите на Гън могат да бъдат изработени от материали, които съдържат множество, изначално празни, близко разположени енергийни долини в техния проводим зон, като Арсенид на галий (GaAs), Фосфид на индий (InP), Нитрид на галий (GaN), Телурид на кадмий (CdTe), Сульфид на кадмий (CdS), Арсенид на индий (InAs), Антимонид на индий (InSb) и Селенид на цинк (ZnSe).
Общата производствена процедура включва растеж на епитаксиален слой върху дегенерираща n+ основа, за да се формират три n-типа полупроводникови слоя (Фигура 1a), където крайните слоеве са силно допираны в сравнение с централния, активен слой.
Освен това метални контакти се предоставят на двете края на диода на Гън, за да се облекчи поляризацията. Символът на схемата за диод на Гън е показан на Фигура 1b и се различава от този на нормалния диод, за да покаже липсата на p-n преход.
Когато се приложи DC напрежение към диод на Гън, се развива електрическо поле през неговите слоеве, особено в централния активен регион. Начално проводимостта се увеличава, тъй като електроните се преместват от валентна зона в долната долина на проводимата зона.
Свързаната V-I диаграма е показана от кривата в Регион 1 (означен в розово) на Фигура 2. Обаче след достигане на определена прагова стойност (Vth), токът през диода на Гън намалява, както е показано от кривата в Регион 2 (означен в синьо) на фигурата.
Това се дължи на факта, че при по-високи напрежения електроните в долната долина на проводимата зона се преместват в по-горната долина, където мобилитетът им намалява поради увеличаването на тяхната ефективна маса. Намаляването на мобилитета намалява проводимостта, което води до намаляване на тока, протичащ през диода.
В резултат, диодът показва област с отрицателно съпротивление в V-I характеристичната крива, обхващаща интервала от Пик до Долина. Този ефект се нарича прехвърляне на електрони, и диодите на Гън са известни още като Прибори за прехвърляне на електрони.
Освен това трябва да се отбележи, че ефектът на прехвърлянето на електрони се нарича също ефект на Гън и е наречен по името на Джон Батискомб Гън (J. B. Gunn) след неговото откритие през 1963 година, което показа, че може да се генерира микровълнови честоти, като се приложи постоянна напруга през чип от n-типа GaAs полупроводник. Важно е да се отбележи, че материалът, използван за изработка на диодите на Гън, трябва да е от n-типа, тъй като ефектът на прехвърлянето на електрони е валиден само за електрони, а не за дупки.
Тъй като GaAs е слаб проводник, диодите на Гън генерират излишно количество топлина и се нуждаят от радиатор. На микровълнови честоти, импулс на тока се движи през активния регион, започващ при определена напрегнатост. Движението на този импулс намалява потенциалния градиент, предотвратявайки образуването на нови импулси.
Нов импулс на тока може да бъде генериран само когато предходният импулс достигне далечния край на активния регион, увеличавайки потенциалния градиент отново. Времето, необходимо за движението на импулса на тока през активния регион, определя скоростта на генериране на импулси и операционната честота на диода на Гън. За да се промени честотата на осцилация, трябва да се коригира дебелината на централния активен регион.
Освен това трябва да се отбележи, че природата на отрицателното съпротивление, проявявано от диода на Гън, му позволява да работи както като усилвател, така и като осцилатор, последният от които се нарича осцилатор на Гън или Gunn oscillator.
Преимущества на диода на Гън
Заключават се в факта, че те са най-евтиният източник на микровълни (в сравнение с други опции, като килстронни туби)
Те са компактни по размер
Работят в широк лентичен спектър и притежават висока честотна стабилност.
Недостатъци на диода на Гън
Имат високо напрежение за включване
Са по-малко ефективни под 10 GHz
Показват слаба температурна стабилност.
Приложения
В електронни осцилатори за генериране на микровълнови честоти.
В параметрични усилватели като източници за помпва.
В полицейски радари.
Като сензори в системи за отваряне на врати, системи за детектиране на нарушения, системи за пешеходна безопасност и т.н.
Като източник на микровълнови честоти в автоматични системи за отваряне на врати, контролери на светофарове и т.н.
В микровълнови приемници.
