Kas ir Gunn diode?

Kas ir Gunn diode?

Gunn diodes definīcija

Gunn diode ir divtermiņa pasīva poluprovadītāja ierīce, kas sastāv tikai no n-tipa legēta poluprovadītāja materiāla, atšķirībā no citiem diodiem, kuri sastāv no p-n savienojuma. Gunn diodes var izgatavot no materiāliem, kuru vedamajā zonā ir vairākas, sākotnēji tukšas, cieši novietotas enerģijas slieksteles, piemēram, ķepeņgaļijs (GaAs), indijsfosforids (InP), gaļijsnitrids (GaN), kadmijs telūrides (CdTe), kadmijs sulfīds (CdS), indijs arsenīds (InAs), indijs antimonīds (InSb) un cirks seleniums (ZnSe).

Vispārīgais ražošanas process ietver epitaksijas slāņa uaugšanu degenerētajā n+ substrātā, lai veidotu trīs n-tipa poluprovadītāja slāņus (Attēls 1a), kur ekstremālie slāņi tiek smagāk legēti salīdzinājumā ar vidējo, aktīvo slāni.

Tālāk Gunn diode galdos tiek nodrošinātas metāla kontaktplatnes abās beigās, lai veicinātu slīpumu. Gunn diodes shēma attēlota Attēlā 1b un atšķiras no parasta diodes, lai norādītu uz p-n savienojuma neesošanu.

Ja pie Gunn diodes tiek piestāvina Gālvenā strāva, tad tās slāņos, īpaši centrālajā aktīvajā reģionā, izveidojas elektromagnētiskā lauka spriegums. Sākotnēji vedamība palielinās, jo elektroni pārvietojas no valentnijas zonas uz zemu enerģijas slieksteles daļu vedamajā zonā.

Saistītā U-I diagramma attēlojamā krivā ir redzama Reģiona 1 (salīdzinājumā ar rozā krāsu) Attēlā 2. Tomēr, pēc noteiktā sliekšņa vērtības (Vth) sasniedzšanas, caur Gunn diodi vedamā strāva samazinās, kā to parāda krivā Reģiona 2 (salīdzinājumā ar zilā krāsu) attēlā.

Tas notiek tāpēc, ka lielākos spriegumos elektroni no zemas enerģijas slieksteles pārvietojas augstākajā sliekteļā, kur viņu mobilitāte samazinās, jo efektīvā masa palielinās. Mobilitātes samazināšanās samazina vedamību, kas savukārt samazina caur diodu plūstošo strāvu.

Tā rezultātā diode U-I charakteristikas krivā parāda negatīvu pretestības reģionu, kas aptver Peak punktu līdz Valley punktam. Šis efekts pazīstams kā pārnēsāto elektronu efekts, un Gunn diodes tiek sauktas arī par Pārnēsāto Elektronu Ierīcēm.

Turklāt jāatzīmē, ka pārnēsāto elektronu efekts tiek saukts arī par Gunn efektu un tas nosaukts John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) vārdā pēc tā atklāšanas 1963. gadā, kas parādīja, ka mīkrosprādze var tikt ģenerēta, piestāvinot pastāvīgu spriegumu čipam no n-tipa GaAs poluprovadītāja. Tomēr ir svarīgi atcerēties, ka Gunn diodes izgatavošanai jāizmanto obligāti n-tipa materiāli, jo pārnēsāto elektronu efekts der tikai elektroniem, nevis dīrikiem.

Jo GaAs ir slikts vedējs, Gunn diodes ģenerē pārmērīgu siltumu un nepieciešams siltuma nomāktnis. Mīkrosprādzes frekvencēs caur aktīvo reģionu kustas strāvas impulss, kas sākas noteiktā spriegumā. Šis impulsa kustība samazina potenciālgrādientu, nepiederojot jaunu impulsu veidošanai.

Jauns strāvas impulss var tikt ģenerēts tikai tad, kad iepriekšējais impulss sasniedz aktīvā reģiona galu, palielinot potenciālgrādientu vēlreiz. Laiks, kas nepieciešams strāvas impulsam, lai nokustinātos caur aktīvo reģionu, nosaka impulsu ģenerēšanas ātrumu un Gunn diodes darbības frekvenci. Lai mainītu svārstību frekvenci, jāpielāgo centrālā aktīvā reģiona biezums.

Turklāt jāatzīmē, ka negatīvā pretestība, ko parāda Gunn diode, ļauj tai strādāt gan kā pastiprinātājam, gan kā svārstošajam elementam, ko sauc par Gunn diodes svārstošo elementu vai Gunn svārstošo elementu.

Gunn diodes priekšrocības

• Liekas tās būt lētāko mikrosprādžu avotu (salīdzinājumā ar citiem variantiem, piemēram, klustrona rūpniecībā)

• Tās ir kompakts izmērs

• Tās darbojas plašā frekvences joslā un ir augsta frekvences stabilitāte.

Gunn diodes trūkumi

• Tām ir augsts iezejspriegums

• Tās ir mazāk efektīvas zem 10 GHz

• Tās parāda labu temperatūras stabilitāti.

Lietojums

• Elektroniskajos svārstošajos elementos, lai ģenerētu mikrosprādžu frekvences.

• Parametriskajos pastiprinātājos kā pumpēšanas avoti.

• Polices radaros.

• Kā sensori durvju atvēršanas sistēmās, netiesa ievērošanas sistēmās, pēdeku drošības sistēmās utt.

• Kā avots mikrosprādžu frekvencēm automātiskās durvju atvēršanas, satiksmes signālu kontrolieru sistēmās utt.

• Mikrosprādžu saņemšanas šķēršļu virknēs.