Τι είναι ένα Gunn διόδο;
Τι είναι ένα διόδο Gunn;
Ορισμός διόδου Gunn
Η διόδο Gunn είναι ένα παθητικό σημειακό υποδείγμα με δύο κατανάλωτες, το οποίο αποτελείται μόνο από υλικό n-δοπαντικής συμπεριφοράς, σε αντίθεση με άλλες διόδους που αποτελούνται από μια p-n σύνδεση. Οι διόδοι Gunn μπορούν να κατασκευαστούν από υλικά που περιέχουν πολλαπλά, αρχικά άδεια, στενά χωρισμένα ενεργειακά λάκκα στη ζώνη συγκεκριμένης συμπεριφοράς, όπως το Γαλλιού Αρσενικ (GaAs), το Ινδίου Φωσφόρο (InP), το Γαλλιού Νιτρικό (GaN), το Κάδμιο Τελλουρίδιο (CdTe), το Κάδμιο Σουλφίδιο (CdS), το Ινδίου Αρσενικ (InAs), το Ινδίου Αντιμόνιο (InSb) και το Ζινκ Σελενίδιο (ZnSe).
Η γενική διαδικασία κατασκευής περιλαμβάνει την ανάπτυξη μιας επιταξικής στρώσης σε ένα υπερβατικό n+ υποστήριγμα για τη δημιουργία τριών n-τύπων σημειακών στρωμάτων (Εικόνα 1a), όπου τα άκρα στρώματα είναι υπερβατικά δοπαντικά σε σύγκριση με το μεσαίο, ενεργό στρώμα.
Περαιτέρω, παρέχονται μεταλλικές επαφές στα δύο άκρα της διόδου Gunn για την ενίσχυση. Το σύμβολο του κυκλώματος για τη διόδο Gunn είναι όπως φαίνεται στην Εικόνα 1b και διαφέρει από αυτό της κανονικής διόδου, ώστε να δείχνει την απουσία της p-n σύνδεσης.
Όταν εφαρμόζεται μια συνεχής τάση σε μια διόδο Gunn, αναπτύσσεται ηλεκτρικό πεδίο στα στρώματά της, ειδικά στην κεντρική ενεργή περιοχή. Αρχικά, η συμπεριφορά αυξάνεται καθώς τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τη ζώνη βαλεντιών στην κατώτερη λάκκα της ζώνης συγκεκριμένης συμπεριφοράς.
Η σχετική διάγραμμα V-I εμφανίζεται από την καμπύλη στην Περιοχή 1 (χρωματισμένη σε ροζ) της Εικόνας 2. Ωστόσο, μετά την επίτευξη μιας συγκεκριμένης θραύσης (Vth), η συμπεριφορά μέσω της διόδου Gunn μειώνεται όπως φαίνεται από την καμπύλη στην Περιοχή 2 (χρωματισμένη σε μπλε) της εικόνας.
Αυτό συμβαίνει επειδή, σε υψηλότερες τάσεις, τα ηλεκτρόνια στην κατώτερη λάκκα της ζώνης συγκεκριμένης συμπεριφοράς μετακινούνται στην ανωτέρω λάκκα, όπου η μετακινησιμότητά τους μειώνεται λόγω της αύξησης της αποτελεσματικής τους μάζας. Η μείωση της μετακινησιμότητας μειώνει την συμπεριφορά, η οποία οδηγεί σε μείωση της συμπεριφοράς που ρέει μέσω της διόδου.
Ως αποτέλεσμα, η διόδο εμφανίζει μια περιοχή αρνητικής αντίστασης στη διάγραμμα V-I, που εκτείνεται από το κορυφαίο σημείο στο σημείο της λάκκας. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως το φαινόμενο μεταφοράς ηλεκτρονίων, και οι διόδοι Gunn είναι επίσης γνωστές ως Διόδοι Μεταφοράς Ηλεκτρονίων.
Περαιτέρω, πρέπει να σημειωθεί ότι το φαινόμενο μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι επίσης γνωστό ως το φαινόμενο Gunn και ονομάστηκε έτσι μετά την ανακάλυψη του John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) το 1963, η οποία έδειξε ότι μπορεί να γεννηθούν μικροκύματα με την εφαρμογή σταθερής τάσης σε ένα χιπ n-τύπου GaAs. Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή διοδών Gunn πρέπει απαραιτήτως να είναι n-τύπου, καθώς το φαινόμενο μεταφοράς ηλεκτρονίων ισχύει μόνο για ηλεκτρόνια και όχι για τρύπες.
Επειδή το GaAs είναι ένας κακός συμπεριφοράς, οι διόδοι Gunn παράγουν υπερβολική θερμότητα και χρειάζονται έναν θερμοσυναρπαστή. Σε συχνότητες μικροκυμάτων, ένας παροξυσμός συμπεριφοράς μετακινείται στην ενεργή περιοχή, ξεκινώντας σε συγκεκριμένη τάση. Αυτή η μετακίνηση παροξυσμού μειώνει την δυναμική παράγωγο, προλαμβάνοντας την περαιτέρω δημιουργία παροξυσμών.
Ένας νέος παροξυσμός συμπεριφοράς μπορεί να δημιουργηθεί μόνο όταν ο προηγούμενος παροξυσμός φτάσει στο μακρινό άκρο της ενεργής περιοχής, αυξάνοντας ξανά την δυναμική παράγωγο. Το χρόνο που απαιτείται για την μετακίνηση του παροξυσμού συμπεριφοράς στην ενεργή περιοχή καθορίζει τον ρυθμό δημιουργίας παροξυσμών και την λειτουργική συχνότητα της διόδου Gunn. Για να μεταβληθεί η συχνότητα ταλάντωσης, πρέπει να προσαρμοστεί η πάχος της κεντρικής ενεργής περιοχής.
Περαιτέρω, πρέπει να σημειωθεί ότι η φύση της αρνητικής αντίστασης που εμφανίζει η διόδο Gunn την επιτρέπει να λειτουργεί ως και ως αναδιαλειμματοποιός, ο οποίος είναι γνωστός ως αναδιαλειμματοποιός διόδου Gunn ή Gunn oscillator.
Πλεονεκτήματα της διόδου Gunn
Βρίσκεται στο γεγονός ότι είναι η φθηνότερη πηγή μικροκυμάτων (σε σύγκριση με άλλες επιλογές όπως τα κλυστρόνια)
Είναι συμπαγή σε μέγεθος
Λειτουργούν σε μεγάλη ζώνη συχνοτήτων και έχουν υψηλή σταθερότητα συχνότητας.
Μειονεκτήματα της διόδου Gunn
Έχουν υψηλή τάση ενεργοποίησης
Είναι λιγότερο αποτελεσματικές κάτω από 10 GHz
Εμφανίζουν κακή θερμοκρασιακή σταθερότητα.
Εφαρμογές
Σε ηλεκτρονικούς αναδιαλειμματοποιούς για την παραγωγή μικροκυματικών συχνοτήτων.
Σε παραμετρικούς αναδιαλειμματοποιούς ως πηγές ενεργοποίησης.
Σε ραδιοσκοπίες της αστυνομίας.
Ως αισθητήρες σε συστήματα ανοίγματος πόρτων, συστήματα ανίχνευσης παραβίασης, συστήματα πεζοπροστασίας κλπ.
Ως πηγή μικροκυματικών συχνοτήτων σε αυτόματα συστήματα ανοίγματος πόρτων, ελεγκτές σηματοδότησης κλπ.
Σε κυκλώματα λήψης μικροκυμάτων.
