¿Qué es un diodo Gunn?
¿Qué es un diodo Gunn?
Definición de diodo Gunn
Un diodo Gunn es un dispositivo semiconductor pasivo con dos terminales, que está compuesto únicamente de material semiconductor n-dopado, a diferencia de otros diodos que consisten en una unión p-n. Los diodos Gunn pueden fabricarse con materiales que tienen múltiples valles de energía inicialmente vacíos y estrechamente espaciados en su banda de conducción, como el Arseniuro de Galio (GaAs), el Fósforo de Indio (InP), el Nitrato de Galio (GaN), el Telurio de Cadmio (CdTe), el Sulfuro de Cadmio (CdS), el Arsénico de Indio (InAs), el Antimonio de Indio (InSb) y el Selenio de Zinc (ZnSe).
El procedimiento general de fabricación implica el crecimiento de una capa epitaxial sobre un sustrato n+ degenerado para formar tres capas de semiconductor n-tipo (Figura 1a), donde las capas extremas están altamente dopadas en comparación con la capa central, activa.
Además, se proporcionan contactos metálicos en ambos extremos del diodo Gunn para facilitar el sesgo. El símbolo del circuito para el diodo Gunn se muestra en la Figura 1b y difiere del símbolo del diodo normal para indicar la ausencia de una unión p-n.
Cuando se aplica un voltaje DC a un diodo Gunn, se desarrolla un campo eléctrico a través de sus capas, especialmente en la región activa central. Inicialmente, la conducción aumenta a medida que los electrones se mueven de la banda de valencia al valle inferior de la banda de conducción.
La gráfica V-I asociada se muestra por la curva en la Región 1 (de color rosa) de la Figura 2. Sin embargo, después de alcanzar un cierto valor umbral (Vth), la corriente de conducción a través del diodo Gunn disminuye, como se muestra por la curva en la Región 2 (de color azul) de la figura.
Esto se debe a que, a mayores voltajes, los electrones en el valle inferior de la banda de conducción se mueven al valle superior, donde su movilidad disminuye debido a un aumento en su masa efectiva. La reducción de la movilidad disminuye la conductividad, lo que lleva a una disminución de la corriente que fluye a través del diodo.
Como resultado, el diodo exhibe una región de resistencia negativa en la curva característica V-I, que abarca desde el punto Pico hasta el punto Valle. Este efecto se conoce como el efecto de transferencia de electrones, y los diodos Gunn también se llaman Dispositivos de Transferencia de Electrones.
Además, es importante notar que el efecto de transferencia de electrones también se llama efecto Gunn y se nombra así en honor a John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) tras su descubrimiento en 1963, que mostró que se podían generar microondas aplicando un voltaje constante a través de un chip de semiconductor n-tipo de GaAs. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el material utilizado para fabricar diodos Gunn debe ser necesariamente de tipo n, ya que el efecto de transferencia de electrones solo es válido para electrones y no para huecos.
Dado que el GaAs es un mal conductor, los diodos Gunn generan calor excesivo y necesitan un disipador de calor. A frecuencias de microondas, un pulso de corriente atraviesa la región activa, iniciado a un voltaje específico. El movimiento de este pulso reduce el gradiente de potencial, evitando la formación de más pulsos.
Solo se puede generar un nuevo pulso de corriente cuando el pulso anterior llega al extremo lejano de la región activa, aumentando nuevamente el gradiente de potencial. El tiempo que tarda el pulso de corriente en atravesar la región activa determina la tasa de generación de pulsos y la frecuencia operativa del diodo Gunn. Para variar la frecuencia de oscilación, se debe ajustar el grosor de la región activa central.
Además, es importante notar que la naturaleza de la resistencia negativa exhibida por el diodo Gunn le permite funcionar tanto como amplificador como oscilador, siendo este último conocido como oscilador de diodo Gunn o Gunn oscilador.
Ventajas del diodo Gunn
Reside en el hecho de que son la fuente más barata de microondas (en comparación con otras opciones como tubos de klystron)
Son compactos en tamaño
Operan en una gran banda ancha y poseen alta estabilidad de frecuencia.
Desventajas del diodo Gunn
Tienen un alto voltaje de encendido
Son menos eficientes por debajo de 10 GHz
Presentan pobre estabilidad térmica.
Aplicaciones
En osciladores electrónicos para generar frecuencias de microondas.
En amplificadores paramétricos como fuentes de bombeo.
En radares policiales.
Como sensores en sistemas de apertura de puertas, sistemas de detección de intrusos, sistemas de seguridad peatonal, etc.
Como fuente de frecuencias de microondas en abridores de puertas automáticas, controladores de semáforos, etc.
En circuitos receptores de microondas.
