Co je Gunnova dioda?

Co je Gunnova dioda?

Definice Gunnovy diody

Gunnova dioda je pasivní polovodičové zařízení s dvěma vývody, které se skládá pouze z n-dotovaného polovodičového materiálu, na rozdíl od jiných diod, které jsou tvořeny p-n přechodem. Gunnovy diody lze vyrobit z materiálů, které mají v konduktivní zóně více, počátečně prázdných, těsně sousedících energetických údolí, jako je arsénid hořčíku (GaAs), fosfid india (InP), dusík hořčíku (GaN), telurid kadmia (CdTe), síran kadmia (CdS), arsenid india (InAs), antimonid india (InSb) a selenid cínku (ZnSe).

Obecný výrobní postup zahrnuje růst epitaxiální vrstvy na degenerovaném n+ substrátu, aby se vytvořily tři n-typové polovodičové vrstvy (Obrázek 1a), kde jsou extrémní vrstvy silněji dotovány než střední, aktivní vrstva.

Dále jsou poskytnuty kovové kontakty na obou koncích Gunnovy diody, aby bylo možné ji polarizovat. Symbol obvodu pro Gunnovu diodu je znázorněn na Obrázku 1b a liší se od symbolu běžné diody, aby ukázal absence p-n přechodu.

Když se na Gunnovu diodu aplikuje stejnosměrné napětí, vytváří se elektrické pole mezi jejími vrstvami, zejména v centrální aktivní oblasti. Počátečně se provodivost zvyšuje, protože elektrony přecházejí z valenční zóny do nižšího energetického údolí v konduktivní zóně.

Příslušný V-I graf je znázorněn křivkou v Oblasti 1 (zbarvené růžově) na Obrázku 2. Nicméně, po dosažení určité prahové hodnoty (Vth), se proud průchodu Gunnovou diodou snižuje, jak je znázorněno křivkou v Oblasti 2 (zbarvené modře) na obrázku.

To je proto, že při vyšších napětích elektrony v nižším energetickém údolí konduktivní zóny přecházejí do vyššího energetického údolí, kde jejich mobilita klesá kvůli zvýšení jejich efektivní hmotnosti. Snížení mobility snižuje provodivost, což vede ke snížení proudu průchodu diodou.

V důsledku toho exhibuje dioda oblast negativního odporu v charakteristické křivce V-I, která sahá od vrcholu do údolí. Tento jev se nazývá přenos elektronů, a Gunnovy diody jsou také označovány jako Přenosová Elektronová Zařízení.

Je dále třeba poznamenat, že přenos elektronů se také nazývá Gunnův jev a je pojmenován podle Johna Battiscombea Gunna (J. B. Gunna) po jeho objevu v roce 1963, který ukázal, že lze generovat mikrovlny aplikací stálého napětí na čip n-typového GaAs polovodiče. Je však důležité poznamenat, že materiál použitý k výrobě Gunnových diod musí být nutně n-typu, protože přenos elektronů platí pouze pro elektrony a ne pro díry.

Protože GaAs je špatný vodič, Gunnovy diody produkují nadměrné teplo a potřebují chladicí těleso. Na mikrovlnných frekvencích se proudový puls pohybuje přes aktivní oblast, iniciován specifickým napětím. Tento pohyb pulsu snižuje potenciální gradient, zabráňuje dalšímu vzniku pulsu.

Nový proudový puls lze vygenerovat pouze tehdy, když předchozí puls dosáhne protilehlého konce aktivní oblasti, což zase zvyšuje potenciální gradient. Čas, který trvá proudový puls, aby projel aktivní oblastí, určuje frekvenci generování pulsu a operační frekvenci Gunnovy diody. Pro změnu oscilační frekvence je třeba upravit tloušťku střední aktivní oblasti.

Je dále třeba poznamenat, že povaha negativního odporu, kterou exhibuje Gunnova dioda, umožňuje fungovat jako zesilovač i oscilátor, poslední z nichž se nazývá Gunnův oscilátor nebo Gunn oscaillator.

Výhody Gunnovy diody

• Spočívají v tom, že jsou nejlevnějším zdrojem mikrovln (ve srovnání s jinými možnostmi, jako jsou klystronové trubice)

• Jsou kompaktní velikosti

• Fungují na velkém pásmu a mají vysokou frekvenční stabilitu.

Nevýhody Gunnovy diody

• Mají vysoké zapínací napětí

• Jsou méně efektivní pod 10 GHz

• Exhibují špatnou teplotní stabilitu.

Aplikace

• V elektronických oscilátorech k generování mikrovlnných frekvencí.

• V parametrických zesilovačích jako zdroje pumpování.

• V policejních radarech.

• Jako senzory v systémech otevírání dveří, detekčních systémech proti vetření, bezpečnostních systémech pro pěší atd.

• Jako zdroj mikrovlnných frekvencí v automatických otevíračích dveří, řadičích dopravních světel atd.

• V mikrovlnných přijímacích obvodech.