Ano ang Gunn Diode?

Ano ang Gunn Diode?

Pakahulugan ng Gunn Diode

Ang Gunn diode ay isang pasibong semiconductor device na may dalawang terminal, na binubuo lamang ng n-doped semiconductor material, kabaligtaran ng ibang diodes na binubuo ng p-n junction. Ang mga Gunn diode ay maaaring gawin mula sa mga materyales na may maraming, unang-una'y walang laman, malapit na espasyadong energy valleys sa kanilang conduction band tulad ng Gallium Arsenide (GaAs), Indium Phosphide (InP), Gallium Nitride (GaN), Cadmium Telluride (CdTe), Cadmium Sulfide (CdS), Indium Arsenide (InAs), Indium Antimonide (InSb) at Zinc Selenide (ZnSe).

Ang pangkalahatang proseso ng paggawa ay kasama ang paglago ng isang epitaxial layer sa isang degenerate n+ substrate upang mabuo ang tatlong n-type semiconductor layers (Figure 1a), kung saan ang mga ekstremong layers ay mas mabigat na doped kaysa sa gitna, aktibong layer.

Karagdagan pa, ipinagbibigay ang metal contacts sa anumang dulo ng Gunn diode upang mapabilis ang biasing. Ang circuit symbol para sa Gunn diode ay tulad ng ipinakita sa Figure 1b at iba ito sa normal na diode upang ipakita ang pagkawala ng p-n junction.

Kapag isinaply ang DC voltage sa isang Gunn diode, lumilikha ng electric field sa kanyang layers, lalo na sa sentral na aktibong rehiyon. Sa simula, tumaas ang conduction dahil sa paggalaw ng electrons mula sa valence band patungo sa lower valley ng conduction band.

Ang kaugnay na V-I plot ay ipinapakita ng kurba sa Region 1 (kulay pink) ng Figure 2. Gayunpaman, pagkatapos maabot ang isang tiyak na threshold value (Vth), bumaba ang conduction current sa pamamagitan ng Gunn diode tulad ng ipinakita ng kurba sa Region 2 (kulay blue) ng figure.

Ito ay dahil, sa mas mataas na voltages, ang electrons sa lower valley ng conduction band ay lumilipat sa mas mataas na valley kung saan bumababa ang kanilang mobility dahil sa pagtaas ng kanilang effective mass. Ang pagbaba ng mobility ay nagbabawas ng conductivity na nagreresulta sa pagbaba ng current na umuusbong sa diode.

Bilang resulta, ipinapakita ng diode ang isang negative resistance region sa V-I characteristic curve, na nagsisimula mula sa Peak point hanggang sa Valley Point. Ang epekto na ito ay kilala bilang transferred electron effect, at tinatawag din ang Gunn diodes bilang Transferred Electron Devices.

Karagdagan pa, dapat tandaan na ang transferred electron effect ay kilala rin bilang Gunn effect at ipinangalan kay John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) pagkatapos ng kanyang pagkakatuklas noong 1963 na ipinakita na maaaring makalikha ng microwaves sa pamamagitan ng pag-apply ng steady voltage sa isang chip ng n-type GaAs semiconductor. Ngunit mahalaga na tandaan na ang materyales na ginagamit para sa paggawa ng Gunn diodes ay kinakailangang n-type sapagkat ang transferred electron effect ay maganda lamang para sa electrons at hindi para sa holes.

Dahil ang GaAs ay mahinang conductor, ang Gunn diodes ay gumagawa ng labis na init at kailangan ng heat sink. Sa microwave frequencies, isang current pulse ang lumilipad sa aktibong rehiyon, inisyal na sa isang tiyak na voltage. Ang paggalaw ng pulse na ito ay nagbabawas ng potential gradient, na nagpipigil ng karagdagang paglikha ng pulse.

Ang bagong current pulse ay maaari lamang mabuo kapag ang nakaraang pulse ay umabot sa malayo na dulo ng aktibong rehiyon, na nagpapataas ng potential gradient muli. Ang oras na kailangan para sa current pulse na lumipad sa buong aktibong rehiyon ay nagpapasya sa rate ng paglikha ng pulse at sa operational frequency ng Gunn diode. Upang baguhin ang oscillation frequency, kailangang i-adjust ang thickness ng sentral na aktibong rehiyon.

Karagdagan pa, dapat tandaan na ang kalidad ng negative resistance na ipinapakita ng Gunn diode ay nagbibigay-daan sa ito na gumana bilang amplifier at oscillator, ang huli ay kilala bilang Gunn diode oscillator o Gunn oscillator.

Mga Paborito ng Gunn Diode

• Naroroon sa katotohanan na sila ang pinakamurang source ng microwaves (sa paghahambing sa ibang opsyon tulad ng klystron tubes)

• Sila ay compact sa sukat

• Gumagana sila sa malaking bandwidth at may mataas na frequency stability.

Mga Di-Paborito ng Gunn Diode

• May mataas na turn-on voltage

• Mas kaunti ang efficiency sa ibaba ng 10 GHz

• May mahinang temperature stability.

Mga Application

• Sa electronic oscillators upang makalikha ng microwave frequencies.

• Sa parametric amplifiers bilang pump sources.

• Sa police radars.

• Bilang sensors sa door opening systems, trespass detecting systems, pedestrian safety systems, atbp.

• Bilang source para sa microwave frequencies sa automatic door openers, traffic signal controllers, atbp.

• Sa microwave receiver circuits.