Mi az a Gunn-diód?
Mi a Gunn diód?
Gunn diód definíció
A Gunn diód egy passzív, kétvégű fémeszköz, amely csak n-típusú fémeszközmateriálból áll, ellentétben más dióddal, amelyek p-n kapcsolatból állnak. A Gunn diódok olyan anyagokból készülhetnek, amelyekben a vezetési sávban több, kezdetben üres, szorosan egymás mellett elhelyezkedő energiavölgy található, mint például a gállium-arszenid (GaAs), az indium-foszfíd (InP), a gállium-nitrid (GaN), a kadmiom-tellurid (CdTe), a kadmiom-szulfid (CdS), az indium-arszenid (InAs), az indium-antimonid (InSb) és a zink-selenid (ZnSe).
Az általános gyártási eljárás egy epitaxiális réteg növesztését tartalmazza egy degenerált n+ alapanyagon, hogy három n-típusú fémeszköréteget hozzon létre (1a ábra), ahol az extrém rétegek nagyobb koncentrációjúak, mint a középső, aktív réteg.
Továbbá a Gunn diód végére fémkapcsolatokat biztosítanak, hogy lehetővé tegyék a polarizációt. A Gunn diód áramkörjeleme a 1b ábrán látható, és eltér a normál diód elemeletől, hogy jelezze a p-n kapcsolat hiányát.
Amikor DC feszültséget alkalmazunk egy Gunn diódra, akkor elektromos mező alakul ki a rétegeken, különösen a középső aktív régióban. Kezdetben a vezetés növekszik, ahogy az elektronok a valencia-sávból a vezetési sáv alsó völgyébe mozognak.
A hozzárendelt I-V diagramot a 2. ábra 1. régiójának (rózsaszín) görbéje mutatja. Azonban egy bizonyos küszöbfeszültség (Vth) elérése után a Gunn diód által vezetett áram csökken, ahogy a 2. ábra 2. régiójának (kék) görbéje mutatja.
Ez azért van, mert magasabb feszültségeknél az elektronok a vezetési sáv alsó völgyéből a felső völgyébe mozognak, ahol a mobilitása csökken, mert a hatásos tömegük növekszik. A mobilitás csökkenése csökkenti a vezetőképességet, ami vezet az áram csökkenéséhez, amely a diód átmenik.
Eredményeként a diód negatív ellenállás régiót mutat az I-V jellemző görbéjén, a csúcsponttól a völgyponig. Ez az effektus a transzferált elektron-effektus, és a Gunn diódokat Transzferált Elektron Eszközöknek is nevezik.
Továbbá megjegyezni kell, hogy a transzferált elektron-effektust Gunn-effektusnak is nevezik, J. B. Gunn után, aki 1963-ban felfedezte, hogy mikrohullámokat lehet előállítani, ha egy állandó feszültséget alkalmazunk egy n-típusú GaAs fémeszközre. Fontos azonban megjegyezni, hogy a Gunn diódok gyártásához használt anyag szükségesen n-típusúnak kell lennie, mert a transzferált elektron-effektus csak elektronokra vonatkozik, nem lyukakra.
Mivel a GaAs rossz vezető, a Gunn diódok sok hőt termelnek, és hűtőelemre van szükségük. Mikrohullám frekvenciákon egy áramimpulzus halad át az aktív régióban, egy adott feszültségnél kezdve. Ez az impulzus mozgása csökkenti a potenciális gradiens, megakadályozva további impulzusok kialakulását.
Csak akkor alakulhat ki új áramimpulzus, ha az előző impulzus elérte az aktív régió távoli végét, és újból növeli a potenciális gradienst. Az idő, amennyibe kerül az áramimpulzus az aktív régió átmegy, meghatározza az impulzus generálási sebességét és a Gunn diód működési frekvenciáját. A rezgési frekvencia változtatásához be kell állítani az aktív régió középső részének vastagságát.
Továbbá megjegyezni kell, hogy a Gunn diód által mutatott negatív ellenállás lehetővé teszi, hogy amplifikátor és oszcillátorként is működjön, ezt utóbbi esetben Gunn diód oszcillátornak vagy Gunn-oszcillátornak nevezik.
Gunn diód előnyei
A tény, hogy ők a legolcsóbb mikrohullámforrás (összehasonlítva más opciókkal, mint például a klystron cserépekkel)
Kompakt méretűek
Nagy sávszélességen működnek, és magas frekvenciaszerkezet stabilitást biztosítanak.
Gunn diód hátrányai
Magas bekapcsolófeszültségük van
10 GHz alatt kevésbé hatékonyak
Rossz hőmérsékleti stabilitást mutatnak.
Alkalmazások
Elektronikus oszcillátorokban mikrohullám frekvenciák előállítására.
Parametrikus erősítőkben pompaforrásokként.
Rendőri radarokban.
Ajtónyitó rendszerek, bejárati rendszerek, gyalogos biztonsági rendszerek stb. érzékelőiként.
Automatikus ajtónyitók, forgalomirányító rendszerek stb. mikrohullám forrásaként.
Mikrohullám fogadó áramkörökben.
