ガンダイオードとは何か
ガン・ダイオードとは何か？
ガン・ダイオードの定義
ガン・ダイオードは、p-n接合を持つ他のダイオードとは異なり、n型半導体材料のみで構成される2端子の受動型半導体デバイスです。ガン・ダイオードは、ガリウム砒素（GaAs）、インジウムリン（InP）、ガリウム窒化物（GaN）、カドミウムテルル（CdTe）、カドミウム硫化物（CdS）、インジウム砒素（InAs）、インジウムアンチモン化物（InSb）、および亜鉛セレン化物（ZnSe）など、導帯に複数の初期空のエネルギー谷を持つ材料から作ることができます。
一般的な製造手順では、退化したn+基板上にエピタキシャル層を成長させ、3つのn型半導体層（図1a）を形成します。これらの層のうち、極端な層は中間の活性層よりも重くドープされています。
さらに、バイアスを容易にするために、ガン・ダイオードの両端に金属接触が提供されます。ガン・ダイオードの回路シンボルは図1bに示されており、p-n接合がないことを示すために通常のダイオードとは異なります。
DC電圧をガン・ダイオードに印加すると、特に中央の活性領域に電界が発生します。最初は、電子が価電子帯から導電帯の下の谷に移動するため、導電性が増加します。
関連するV-Iプロットは、図2のRegion 1（ピンク色）に示されています。しかし、一定の閾値（Vth）に達すると、ガン・ダイオードを通る導電電流は、図のRegion 2（青色）に示すように減少します。
これは、高い電圧では、導電帯の下の谷にある電子が、その効果的な質量が増加する上位の谷に移動するためです。モビリティの低下により導電性が減少し、ダイオードを通る電流が減少します。
結果として、ダイオードはピーク点からバレー点までのV-I特性曲線に負抵抗領域を示します。この効果は転送電子効果と呼ばれ、ガン・ダイオードはまた転送電子デバイスとも呼ばれます。
さらに、転送電子効果はガン効果とも呼ばれ、1963年にジョン・バティスコーム・ガン（J. B. Gunn）によって発見されたものです。彼は、n型GaAs半導体のチップに安定した電圧をかけることにより、マイクロ波を生成できることを示しました。ただし、ガン・ダイオードを製造する材料は必ずn型であるべきであり、転送電子効果は電子に対してのみ有効であり、ホールに対しては無効であることに注意してください。
ガリウム砒素は不良導体であるため、ガン・ダイオードは過剰な熱を発生し、ヒートシンクが必要です。マイクロ波周波数では、特定の電圧で活性領域全体に電流パルスが走ります。このパルスの動きは潜在勾配を減少させ、さらなるパルスの形成を防ぎます。
新しい電流パルスは、前のパルスが活性領域の遠い端に到達し、再び潜在勾配が増加するまで生成されません。電流パルスが活性領域全体を通過する時間は、パルス生成レートとガン・ダイオードの動作周波数を決定します。振動周波数を変えるには、中央の活性領域の厚さを調整する必要があります。
さらに、ガン・ダイオードが示す負抵抗の性質により、増幅器としても振動器としても機能することができます。後者はガン・ダイオード振動器またはガン振動器と呼ばれています。
ガン・ダイオードの利点
最も安価なマイクロ波源であること（例えばクリストロン管など他の選択肢と比較して）
コンパクトなサイズであること
広い帯域で動作し、高い周波数安定性を持つこと。
ガン・ダイオードの欠点
高いオン電圧が必要であること
10GHz未満での効率が低いこと
温度安定性が悪いこと。
応用
電子振動器においてマイクロ波周波数を生成する。
パラメトリック増幅器のポンプ源として。
警察用レーダー。
ドア開閉システム、不法侵入検知システム、歩行者安全システムなどのセンサーとして。
自動ドア開閉装置、交通信号制御装置などのマイクロ波周波数源として。
マイクロ波受信回路。
