Què és un díode Gunn?
Què és un díode Gunn?
Definició de díode Gunn
Un díode Gunn és un dispositiu semiconductor passiu amb dos terminals, que consta només d'un material semiconductor n-dopat, en contrast amb altres díodes que estan compostos per una junta p-n. Els díodes Gunn es poden fabricar amb materials que tenen múltiples valles d'energia inicialment buides i estretament espaiades en la seva banda de conducció, com l'Arseniur de Gali (GaAs), el Fòsfur de Índi (InP), el Nitrur de Gali (GaN), el Tel·lurur de Cadmi (CdTe), el Sulfur de Cadmi (CdS), l'Arseniur de Índi (InAs), l'Antimoniur de Índi (InSb) i el Seleniur de Zinck (ZnSe).
El procediment de fabricació general implica creixer una capa epitaxial sobre un substrat degenerat n+ per formar tres capes de semiconductors n-típics (Figura 1a), on les capes extrems són molt dopades en comparació amb la capa central activa.
Més endavant, es proporcionen contactes metàl·lics als extrems del díode Gunn per facilitar la polarització. El símbol de circuit per al díode Gunn es mostra a la Figura 1b i difereix del díode normal per indicar la falta de junta p-n.
Quan s'aplica un voltatge CC a un díode Gunn, es desenvolupa un camp elèctric a través de les seves capes, especialment en la regió activa central. Inicialment, la conducció augmenta quan els electrons es mouen de la banda de valència a la vall inferior de la banda de conducció.
La gràfica associada V-I es mostra per la corba a la Regió 1 (colorida de rosa) de la Figura 2. No obstant això, després d'assolir un cert valor llindar (Vth), la corrent de conducció a través del díode Gunn disminueix, com es mostra per la corba a la Regió 2 (colorida de blau) de la figura.
Això és degut al fet que, a tensions més altes, els electrons a la vall inferior de la banda de conducció es mouen a la vall superior, on la seva mobilitat disminueix degut a un increment de la seva massa efectiva. La reducció de la mobilitat disminueix la conductivitat, el que porta a una disminució de la corrent que flueix a través del díode.
Com a resultat, el díode presenta una regió de resistència negativa a la corba característica V-I, que va des del punt de pic al punt de vall. Aquest efecte es coneix com l'efecte d'electrons transferits, i els díodes Gunn també s'anomenen Dispositius d'Electrons Transferits.
Cal notar que l'efecte d'electrons transferits també s'anomena efecte Gunn i pren el nom de John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) després de la seva descoberta el 1963, que va mostrar que es podien generar microones aplicant un voltatge constant a través d'un xip de semiconductor n-típic de GaAs. Tanmateix, cal notar que el material utilitzat per fabricar díodes Gunn ha de ser necessàriament de tipus n, ja que l'efecte d'electrons transferits només és vàlid per electrons i no per forats.
Com que el GaAs és un conductor pobre, els díodes Gunn generen un excés de calor i necessiten un dissipador de calor. A freqüències de microones, un pols de corrent travessa la regió activa, iniciat a una tensió específica. Aquest moviment del pols redueix el gradient de potencial, prevenint la formació de pols addicionals.
Només es pot generar un nou pols de corrent quan el pols anterior arriba a l'extrem de la regió activa, augmentant de nou el gradient de potencial. El temps que triga el pols de corrent a travessar la regió activa determina la taxa de generació de pols i la freqüència operativa del díode Gunn. Per variar la freqüència d'oscil·lació, s'ha d'ajustar l'espessor de la regió activa central.
Cal notar que la naturalesa de la resistència negativa exhibida pel díode Gunn li permet funcionar tant com a amplificador com a oscil·lador, aquest últim conegut com a oscil·lador de díode Gunn o oscil·lador Gunn.
Avantatges del díode Gunn
Es troben en el fet que són la font més barata de microones (en comparació amb altres opcions com els tubs klystron)
Tenen una mida compacta
Operen en una gran banda de freqüències i posseeixen una gran estabilitat de freqüència.
Desavanatges del díode Gunn
Tenen un voltatge d'activació elevat
Són menys eficients a baix de 10 GHz
Exhibeixen una pobra estabilitat de temperatura.
Aplicacions
En oscil·ladors electrònics per generar freqüències de microones.
En amplificadors paramètrics com a fonts de bomba.
En radicals de policia.
Com a sensors en sistemes d'obertura de portes, sistemes de detecció d'intrusos, sistemes de seguretat peatonal, etc.
Com a font de freqüències de microones en obredores de portes automàtiques, controladors de senyals de trànsit, etc.
En circuits receptors de microones.
