Mis on Gunn-diod?
Mis on Gunn-diode?
Gunn-diode määratlus
Gunn-diode on passiivne pooljuhtseadme element kaheks kontaktilt koosnev, mis sisaldab ainult n-dübeeri pooljuhendmaterjali, teistest diodidest, mis koosnevad p-n-ühendusest erinevalt. Gunn-diode võib valmistada materjalidest, mille juhtimispiirkonnas on mitu alguses tühi, lähedalt asuvat energia laanit, nagu gaalliumarseeniid (GaAs), indiumfosfiid (InP), gaalliumnitriid (GaN), kadmiumtelluur (CdTe), kadmiumsülfid (CdS), indiumarseniid (InAs), indiumantimoniid (InSb) ja sinkseleniid (ZnSe).
Üldine tootmismeetod hõlmab epitaksiaalset kihti kasvatamist degenereerunud n+ substraatil, et moodustada kolm n-tüübi pooljuhtkihta (Joonis 1a), kus äärmised kihid on võrreldes keskse, aktiivse kihiga tugevalt dübeeritud.
Lisaks on Gunn-diode lõppudele paigutatud metallikontaktid, et lihtsustada ühendit. Gunn-diode elektroonika skeemis on näidatud Joonisel 1b ja sellel on erinev tähistus tavalisest diodist, et viidata p-n-ühenduse puudumisele.
Kui Gunn-diodele rakendatakse järjekindlat voolu, siis tema kihides, eelkõige keskses aktiivses piirkonnas, tekib elektriväli. Alguses suureneb juhavus, kuna elektronid liiguvad vaalibandist juhtimispiirkonna alumisse laani.
Vastav V-I graafik on näidatud Joonise Region 1 (värvitud roosa) pool. Kuid pärast teatud limiidi (Vth) saavutamist, väheneb Gunn-diode läbibool, nagu näidatakse Joonise Region 2 (värvitud sinisega) pool.
See on seotud sellega, et kõrgematel voltmidel elektronid juhtimispiirkonna alumises laanis liiguvad kõrgema laani, kus nende liikuvus vähenekse, kuna nende efektiivne mass suureneb. Liikuvuse vähenemine vähendab juhavust, mis omakorda vähendab dioodi läbibooli.
Tulemusena näitab diode negatiivse vastupanuga piirkonna V-I karakteristikagraafikul, mis ulatub Tipp-punklist Loope-punktini. See efekt on tuntud kui ülekandetud elektronide efekt, ja Gunn-diode nimetatakse ka Ülekandetud Elektrite Seadmeteks.
Lisaks tuleb märkida, et ülekandetud elektronide efekt on ka nimetatud Gunn' efektiks, nimega John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) tema avastuse järel 1963. aastal, mis näitas, et mikrolained saavad genereerida, rakendades stabiilset voltagi n-tüübi GaAs pooljuhtseadmes. Oluline on märkida, et Gunn-diode tootmiseks kasutatava materjali peab olema n-tüübilist, kuna ülekandetud elektronide efekt kehtib ainult elektronide, mitte langede korral.
Kuna GaAs on nõrk juhtja, toodab Gunn-diode palju soojust ja vajab soojuskülgurit. Mikrolainete sagedustel liigub voolipuls aktiivses piirkonnas, alustades kindla voltaga. Selle pulsiliikumine vähendab potentsiaalgradiendi, takistes uute pulse tekke.
Uue voolipulse saab genereerida ainult siis, kui eelmine pulss jõuab aktiivse piirkonna teise otsa, suurendades potentsiaalgradienti. Aeg, mille kulmineb voolipuls aktiivse piirkonna läbimine, määrab pulse genereerimise sageduse ja Gunn-diode töödelda sageduse. Oscilleerimissageduse muutmiseks tuleb reguleerida keskse aktiivse piirkonna paksust.
Lisaks tuleb märkida, et Gunn-diode negatiivse vastupanuga iseloom lubab seda kasutada nii võimsendina kui ka oskillaatorina, viimane tuntud kui Gunn-diode oskillaator või Gunn-oskillaator.
Gunn-diode eelised
Nimetatakse sellele, et need on odavaim mikrolainete allikas (võrreldes teiste variantidega, nagu klystronirünnakud)
Need on kompaktsed
Need töötavad suures sagedusplahvis ja omavad kõrget sageduse stabiilsust.
Gunn-diode puudused
Need omavad kõrget sissepanekuvoltagi
Need on vähem tõhusad 10 GHz-st alla
Need näitavad halba temperatuuristabiilsust.
Rakendused
Elektroonilistes oskillaatorites mikrolainete sageduste genereerimiseks.
Parametrilistes võimsendites pumpimise allikateks.
Politsei radarides.
Sensoritena ukseavamissüsteemides, rikkumise tuvastussüsteemides, jalakäijate ohutussüsteemides jne.
Mikrolainete allikana automatsetes ukseavamissüsteemides, liiklussignaalide juhtimissüsteemides jne.
Mikrolainekaevurite tsüütees.
