Qu'est-ce qu'un diode Gunn ?
Qu'est-ce qu'une diode Gunn?
Définition de la diode Gunn
Une diode Gunn est un dispositif semi-conducteur passif à deux bornes, composé uniquement d'un matériau semi-conducteur n-dopé, contrairement aux autres diodes qui sont constituées d'une jonction p-n. Les diodes Gunn peuvent être fabriquées à partir de matériaux tels que l'arséniure de gallium (GaAs), le phosphure d'indium (InP), le nitrure de gallium (GaN), le tellurure de cadmium (CdTe), le sulfure de cadmium (CdS), l'arséniure d'indium (InAs), l'antimoine d'indium (InSb) et le sélénide de zinc (ZnSe), qui possèdent plusieurs vallées d'énergie initialement vides et proches dans leur bande de conduction.
La procédure de fabrication générale consiste à faire croître une couche épitaxiale sur un substrat n+ dégénéré pour former trois couches de semi-conducteur n-type (Figure 1a), où les couches extrêmes sont fortement dopées par rapport à la couche active centrale.
Des contacts métalliques sont ensuite fournis aux deux extrémités de la diode Gunn pour faciliter le biaisage. Le symbole de circuit pour la diode Gunn est montré par la Figure 1b et diffère de celui d'une diode normale pour indiquer l'absence de jonction p-n.
Lorsqu'une tension continue est appliquée à une diode Gunn, un champ électrique se développe à travers ses couches, en particulier dans la région active centrale. Initialement, la conduction augmente lorsque les électrons se déplacent de la bande de valence vers la vallée inférieure de la bande de conduction.
Le tracé V-I associé est montré par la courbe dans la Région 1 (en rose) de la Figure 2. Cependant, après avoir atteint une certaine valeur seuil (Vth), le courant de conduction à travers la diode Gunn diminue comme le montre la courbe dans la Région 2 (en bleu) de la figure.
Cela est dû au fait que, à des tensions plus élevées, les électrons dans la vallée inférieure de la bande de conduction se déplacent vers sa vallée supérieure, où leur mobilité diminue en raison d'une augmentation de leur masse effective. La réduction de la mobilité diminue la conductivité, ce qui entraîne une diminution du courant circulant à travers la diode.
En conséquence, la diode présente une région de résistance négative dans la courbe caractéristique V-I, s'étendant du point de crête au point de vallée. Cet effet est connu sous le nom d'effet transfert d'électrons, et les diodes Gunn sont également appelées Dispositifs à Transfert d'Électrons.
Il convient de noter que l'effet de transfert d'électrons est également appelé effet Gunn, du nom de John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) qui a découvert en 1963 qu'il était possible de générer des micro-ondes en appliquant une tension continue à travers une puce de semi-conducteur GaAs de type n. Il est important de noter que le matériau utilisé pour fabriquer les diodes Gunn doit nécessairement être de type n, car l'effet de transfert d'électrons ne s'applique que pour les électrons et non pour les trous.
Comme le GaAs est un mauvais conducteur, les diodes Gunn produisent beaucoup de chaleur et nécessitent un dissipateur de chaleur. Aux fréquences micro-ondes, un pulse de courant traverse la région active, initié à une tension spécifique. Ce mouvement de pulse réduit le gradient de potentiel, empêchant la formation de nouveaux pulses.
Un nouveau pulse de courant ne peut être généré que lorsque le pulse précédent atteint l'extrémité de la région active, augmentant à nouveau le gradient de potentiel. Le temps qu'il faut au pulse de courant pour traverser la région active détermine le taux de génération des pulses et la fréquence de fonctionnement de la diode Gunn. Pour varier la fréquence d'oscillation, l'épaisseur de la région active centrale doit être ajustée.
Il convient de noter que la nature de la résistance négative présentée par la diode Gunn lui permet de fonctionner à la fois comme amplificateur et comme oscillateur, ce dernier étant connu sous le nom d'oscillateur à diode Gunn ou oscillateur Gunn.
Avantages de la diode Gunn
Elles sont la source la moins chère de micro-ondes (par rapport à d'autres options telles que les tubes klystron)
Elles sont compactes
Elles fonctionnent sur une large bande passante et possèdent une stabilité de fréquence élevée.
Inconvénients de la diode Gunn
Elles ont une tension de mise en marche élevée
Elles sont moins efficaces en dessous de 10 GHz
Elles présentent une stabilité de température médiocre.
Applications
Dans les oscillateurs électroniques pour générer des fréquences micro-ondes.
Dans les amplificateurs paramétriques comme sources de pompage.
Dans les radars de police.
Comme capteurs dans les systèmes d'ouverture de portes, les systèmes de détection de franchissement, les systèmes de sécurité piétonne, etc.
Comme source de micro-ondes dans les ouvre-portes automatiques, les contrôleurs de feux de circulation, etc.
Dans les circuits de réception micro-onde.
