دیود گان چیست؟

Gunn دیود چیست؟

تعریف Gunn دیود

Gunn دیود یک دستگاه نیمه‌رسانا بی‌فعال با دو ترمینال است که فقط از مواد نیمه‌رسانا n-doped تشکیل شده و مانند سایر دیودها شامل یک اتصال p-n نمی‌باشد. Gunn دیودها می‌توانند از موادی مانند آرسنید گالیوم (GaAs)، فسفید ایندیوم (InP)، نیترید گالیوم (GaN)، تلوئورید کادمیوم (CdTe)، سولفید کادمیوم (CdS)، آرسنید ایندیوم (InAs)، آنتیمونید ایندیوم (InSb) و سلنید روی (ZnSe) که دارای دره‌های انرژی خالی و نزدیک به هم در باند رسانایی خود هستند، ساخته شوند.

روش عمومی تولید شامل رشد یک لایه اپیتاکسیال بر روی زیرلایه n+ degenerate برای تشکیل سه لایه نیمه‌رسانا n-type (شکل 1a) است که در آن لایه‌های کرانه‌ای نسبت به لایه فعال میانی بیشتر دوپ شده‌اند.

علاوه بر این، تماس‌های فلزی در دو طرف Gunn دیود برای تسهیل بایاس ارائه می‌شوند. نماد مداری Gunn دیود مطابق شکل 1b نشان داده شده و از دیود عادی متفاوت است تا غیاب اتصال p-n را نشان دهد.

وقتی ولتاژ DC به یک Gunn دیود اعمال می‌شود، یک میدان الکتریکی در لایه‌های آن، به ویژه در منطقه فعال مرکزی، توسعه می‌یابد. ابتدا، رسانش با حرکت الکترون‌ها از باند ارزش به دره پایین باند رسانایی افزایش می‌یابد.

نمودار V-I مربوطه در منطقه 1 (رنگ صورتی) شکل 2 نشان داده شده است. با این حال، پس از رسیدن به یک مقدار آستانه مشخص (Vth)، جریان رسانش از طریق Gunn دیود کاهش می‌یابد مانند منحنی در منطقه 2 (رنگ آبی) شکل.

این به این دلیل است که در ولتاژ‌های بالاتر، الکترون‌های در دره پایین باند رسانایی به دره بالاتر حرکت می‌کنند که موبیلتی آن‌ها به دلیل افزایش جرم مؤثر کاهش می‌یابد. کاهش موبیلتی باعث کاهش رسانایی و در نتیجه کاهش جریان عبوری از دیود می‌شود.

به عنوان نتیجه، دیود یک منطقه مقاومت منفی در منحنی ویژگی V-I نشان می‌دهد که از نقطه قله تا نقطه دره ادامه دارد. این اثر به عنوان اثر انتقال الکترون شناخته می‌شود و Gunn دیودها نیز به عنوان دستگاه‌های انتقال الکترون شناخته می‌شوند.

همچنین باید توجه داشت که اثر انتقال الکترون همچنین به عنوان اثر Gunn شناخته می‌شود و به نام John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) نامگذاری شده است که در سال 1963 نشان داد که می‌توان با اعمال یک ولتاژ ثابت بر روی یک تراشه از نیمه‌رسانا GaAs n-type میکروویو تولید کرد. با این حال باید توجه داشت که ماده استفاده شده برای ساخت Gunn دیودها باید حتماً n-type باشد زیرا اثر انتقال الکترون تنها برای الکترون‌ها و نه حفره‌ها معتبر است.

از آنجا که GaAs رسانای ضعیفی است، Gunn دیودها گرما بسیار زیادی تولید می‌کنند و به یک رادیاتور گرما نیاز دارند. در فرکانس‌های میکروویو، یک پالس جریان از منطقه فعال عبور می‌کند که در یک ولتاژ مشخص شروع می‌شود. حرکت این پالس گرادیان پتانسیل را کاهش می‌دهد و تشکیل پالس جدید را مسدود می‌کند.

پالس جریان جدید فقط زمانی می‌تواند تشکیل شود که پالس قبلی به انتهای دور منطقه فعال برسد و گرادیان پتانسیل دوباره افزایش یابد. زمان لازم برای عبور پالس جریان از منطقه فعال تعیین‌کننده نرخ تولید پالس و فرکانس عملیاتی Gunn دیود است. برای تغییر فرکانس نوسان، ضخامت منطقه فعال مرکزی باید تنظیم شود.

همچنین باید توجه داشت که ماهیت مقاومت منفی که توسط Gunn دیود نشان داده می‌شود امکان کار آن به عنوان هم تقویت‌کننده و هم نوسان‌ساز را فراهم می‌کند، که آخری به عنوان نوسان‌ساز Gunn دیود یا نوسان‌ساز Gunn شناخته می‌شود.

مزایای Gunn دیود

• در واقع آنها منبع ارزان‌قیمت‌ترین میکروویو (نسبت به سایر گزینه‌ها مانند لوله‌های کلیستریون) هستند

• حجم کوچکی دارند

• در یک پهنای باند گسترده عمل می‌کنند و پایداری فرکانس بالایی دارند.

معایب Gunn دیود

• ولتاژ روشن شدن بالایی دارند

• در زیر 10 GHz کمتر کارآمد هستند

• پایداری دما ضعیفی دارند.

کاربردها

• در نوسان‌سازهای الکترونیکی برای تولید فرکانس‌های میکروویو.

• پاداش