מהו דיודה גאן?

מהו דיודה גאן?

הגדרת דיודה גאן

דיודה גאן היא מכשיר חצי מוליך פסיבי בעל שני מפרקים, המורכב רק מחומר חצי מוליך מסוג n, בניגוד לדיודות אחרות המורכבות ממפרק p-n. דיודות גאן ניתן לייצר מחומרים הכוללים עמקי אנרגיה מרובים, בתחילה ריקים, קרובים זה לזה בפס ההולכה שלהם כמו ארסניד גליום (GaAs), פוספיד אינדיום (InP), ניטריד גליום (GaN), טלוריד קדמיום (CdTe), גופר קדמיום (CdS), ארסניד אינדיום (InAs), אנטימוניד אינדיום (InSb) וסלניד צינק (ZnSe).

השיטה הכללית לייצור כוללת גידול של שכבה אпитקסיאלית על בסיס n+ מתנדנד כדי ליצור שלוש שכבות חצי מוליכיות מסוג n (איור 1a), כאשר השכבות הקיצוניות מופרכות בצורה חזקה יותר בהשוואה לשכבה האקטיבית האמצעית.

לאחר מכן מספקים מגע מתכת בקצות דיודה הגאן כדי לאפשר הטיה. סמל המעגל עבור דיודה גאן מוצג באילוסטרציה 1b והבדלים מהדיודה הנורמלית מצביעים על היעדר מפרק p-n.

כאשר מפעילים מתח DC על דיודה גאן, מתפתח שדה חשמלי בין שכבותיה, במיוחד באזור האקטיבי המרכזי. בהתחלה, ההולכה עולה כשחורים עוברים מהפס העצמי לעמק התחתון של פס ההולכה.

הגרף V-I המשויך מוצג על ידי העקומה באזור 1 (בצבע ורוד) באיור 2. עם זאת, אחרי הגעה לערך סף מסוים (Vth), זרם ההולכה דרך דיודה הגאן יורד כמתואר על ידי העקומה באזור 2 (בכחול) של האיור.

זה בגלל שבמתחים גבוהים יותר, החורים בעמק התחתון של פס ההולכה עוברים לעמק הגבוה יותר, שבו ניידותם יורדת בשל עלייה במסתם האפקטיבית. הפחתת הניידות מפחיתה את ההולכה, מה שמוביל להפחתת הזרם הזורם דרך הדיודה.

כתוצאה מכך, הדיודה מציגה אזור התנגדות שלילית בגרף התכונות V-I, החל מהנקודה המקסימלית עד לנקודת הדוכן. תופעה זו ידועה כתופעת ההעברת אלקטרונים, ודיודות גאן מכונות גם מכשירי העברת אלקטרונים.

צריך לציין כי תופעת ההעברת אלקטרונים מכונה גם תופעת גאן, על שם ג'ון בטיסקום גאן (J. B. Gunn) לאחר גילויו בשנת 1963 שהראה שאפשר לייצר גלי מיקרו על ידי החלפת מתח קבוע על שבב חצי מוליך מסוג GaAs. חשוב לציין כי החומר המשמש לייצור דיודות גאן חייב להיות מסוג n, שכן תופעת ההעברת אלקטרונים תקפה רק עבור אלקטרונים ולא עבור חורים.

מאחר ו-GaAs הוא מוליך גרוע, דיודות גאן מייצרות חום רב ויש צורך בחימר. בתדרי מיקרוגל, פולס זרם עובר באזור האקטיבי, מתחיל במתח מסוים. תנועת הפולס מקטינה את שיפוע הפוטנציאל ומונעת היווצרות פולסים נוספים.

פולס זרם חדש יכול להתהוות רק כשהפולס הקודם מגיע לקצה הרחוק של האזור האקטיבי, מה שמרגיח שוב את שיפוע הפוטנציאל. הזמן הנדרש לפולס הזרם לעבור דרך האזור האקטיבי קובע את קצב יצירה של הפולסים ואת תדירות ההפעלה של דיודה הגאן. כדי לשנות את תדירות האוסילציה, יש להתאים את עובי האזור האקטיבי המרכזי.

צריך לציין כי טבע ההתנגדות השלילית שמוצגת על ידי דיודה הגאן מאפשרת לה לעבוד כאמפליפייר ואוסילטור, האחרון מכונה אוסילטור גאן או אוסילטור גאן.

יתרונות דיודה גאן

• נמצאים בעובדה שהם מקור המיקרוגל הזול ביותר (בהשוואה לאלטרנטיבות אחרות כגון צינורות קלסטרון)

• הם קטנים בגודלם

• הם פועלים על פני רוחב פס גדול ובладают высокой частотной стабильностью.

חסרונות דיודה גאן

• יש להם מתח הפעלה גבוה

• הם פחות יעילים מתחת ל-10 GHz

• יש להם יציבות טמפרטורה נמוכה.

יישומים

• באורכים אלקטרוניים לייצור תדירויות מיקרוגל.

• באאמפליפיירים פרמטריים כמקורות משאבת.

• ברדארים משטרתיים.

• כסנסורים במערכות פתיחת דלתות, מערכות איתור פגיעה, מערכות בטיחות dla pieszych, itp.

• كمصدر للموجات الدقيقة في فتح الأبواب التلقائي، ومراقبة الإشارات المرورية، إلخ.

• במעגלי קולט מיקרוגל.