Što je Gunn dioda?
Što je Gunn dioda?
Definicija Gunn diode
Gunn dioda je pasivni poluprovodnički uređaj s dvije završne točke, koji se sastoji samo od n-legiranog poluprovodnika, na razliku od drugih dioda koje čini p-n spoj. Gunn diode mogu biti izrađene od materijala koji imaju više, početno praznih, blizu smještenih energetskih dolina u svojoj provodnoj zoni, kao što su Arsenid galija (GaAs), Fosfid indija (InP), Nitrid galija (GaN), Tellurid kadmija (CdTe), Sulfid kadmija (CdS), Arsenid indija (InAs), Antimonid indija (InSb) i Selenid cinka (ZnSe).
Općeniti postupak proizvodnje uključuje odrastanje epitaksijskog sloja na degeneriranoj n+ podlozi kako bi se formirale tri n-tipa poluprovodničke slojeve (Slika 1a), gdje su ekstremni slojevi teže legirani u usporedbi s srednjim, aktivnim slojem.
Dalje, metalički kontakti su osigurani na oba kraja Gunn diode kako bi se omogućilo prenaponjenje. Simbol šeme za Gunn diodu prikazan je na slici 1b i razlikuje se od simbola za normalnu diodu kako bi se označilo odsustvo p-n spoja.
Kada se na Gunn diodu primijeni napon konstantnog struja, razvija se električno polje preko njegovih slojeva, posebno u središnjem aktivnom području. Početno, provodnost se povećava jer elektroni prelaze iz valentne zone u nižu dolinu provodne zone.
Pridonosni V-I graf prikazan je krivuljom u regiji 1 (označeno narandžasto) na slici 2. Međutim, nakon dostizanja određene pragove vrijednosti (Vth), provodni tok kroz Gunn diodu se smanjuje kao što pokazuje krivulja u regiji 2 (označeno plavo) na slici.
To se događa zato što pri višim napona elektroni u nižoj dolini provodne zone prelaze u višu dolinu gdje njihova mobilnost opada zbog povećanja njihove efektivne mase. Smanjenje mobilnosti smanjuje provodnost, što dovodi do smanjenja struje koja teče kroz diodu.
Kao rezultat, dioda pokazuje regiju negativnog otpora na V-I karakterističnoj krivulji, koja se prostire od vrha do doline. Ovaj učinak poznat je kao preneseni elektronski učinak, a Gunn diode se također nazivaju uređaji s prenesenim elektronima.
Također treba napomenuti da se preneseni elektronski učinak također naziva Gunn učinak i nosi ime Johna Battiscombea Gunna (J. B. Gunna) nakon njegove otkriće 1963. godine, koje je pokazalo da se mikrovalovi mogu generirati primjenom konstantnog napona na čip n-tipa GaAs poluprovodnika. Međutim, važno je napomenuti da materijal koristi za proizvodnju Gunn dioda nužno mora biti n-tipa, jer preneseni elektronski učinak vrijedi samo za elektrone, a ne za rupe.
Budući da je GaAs loš provodnik, Gunn diode generiraju previše topline i potrebna su hlađenja. Na mikrovalovitim frekvencijama, puls struje putuje kroz aktivno područje, pokrenut na određenom naponu. Ovo kretanje pulsa smanjuje potencijalni gradijent, sprečavajući stvaranje novih pulsa.
Novi impuls struje može biti generiran tek kada prethodni puls dosegne daleki kraj aktivnog područja, povećavajući ponovno potencijalni gradijent. Vrijeme potrebno za prolaz pulsa struje kroz aktivno područje određuje stopu generiranja pulsa i radnu frekvenciju Gunn diode. Da bi se promijenila frekvencija oscilacije, debljina središnjeg aktivnog područja mora biti prilagođena.
Također treba napomenuti da priroda negativnog otpora koju pokazuje Gunn dioda omogućuje joj da radi kao pojačalo i oscilator, posljednji poznat kao Gunn dioda oscilator ili Gunn oscilator.
Prednosti Gunn diode
Leži u činjenici da su najjeftiniji izvor mikrovalova (u usporedbi s drugim opcijama poput klistronskih cevi)
Su kompaktnog veličine
Radite na velikom pojasu frekvencija i imaju visoku stabilnost frekvencije.
Nedostaci Gunn diode
Imaju visok napon zapaljenja
Manje su učinkovite ispod 10 GHz
Pokazuju lošu temperaturnu stabilnost.
Primjene
U elektroničkim oscilatorima za generiranje mikrovalovskih frekvencija.
U parametarskim pojačalima kao izvori pumpiranja.
U policajskim radarima.
Kao senzori u sustavima otvaranja vrata, sustavima detekcije nezakonitog ulaska, sustavima zaštite pešaka itd.
Kao izvor mikrovalovskih frekvencija u automatskim sustavima otvaranja vrata, kontrolerima prometnih semafora itd.
U mikrovalovskim prihvatnim šemama.
