Hva er en Gunn-diode?
Hva er en Gunn-diod?
Definisjon av Gunn-diod
En Gunn-diod er et passivt halvlederdevice med to terminaler, som består bare av n-dosert halvledermaterial, i motsetning til andre dioder som består av en p-n-fordeling. Gunn-dioder kan lages av materialer som har flere, opprinnelig tomme, nærliggende energidaler i deres ledbånd, som Gallium Arsenide (GaAs), Indium Phosphide (InP), Gallium Nitride (GaN), Cadmium Telluride (CdTe), Cadmium Sulfide (CdS), Indium Arsenide (InAs), Indium Antimonide (InSb) og Zinc Selenide (ZnSe).
Den generelle produksjonsprosedyren involverer vekst av en epitaksial lag på en degenerert n+ substrat for å danne tre n-type halvlederlag (Figur 1a), hvor de ytterste lagene er sterkt doserte sammenlignet med det midterste, aktive laget.
Videre settes metallkontakter ved hver ende av Gunn-dioden for å muliggjøre polarisering. Kretsens symbol for Gunn-dioden vises av Figur 1b og skiller seg fra normal diod for å indikere fraværet av p-n-fordeling.
Når en likestrømsspennings settes på en Gunn-diod, utvikler det et elektrisk felt over dens lag, spesielt i det sentrale aktive området. Først øker ledningen da elektroner beveger seg fra valensbåndet til den nedre dalen i ledbåndet.
Den tilknyttede V-I-plottet vises av kurven i Region 1 (farget i rosa) av Figur 2. Imidlertid, etter at en viss terskelverdi (Vth) er nådd, minsker gjennomgangsstrømmen gjennom Gunn-dioden som vist av kurven i Region 2 (farget i blått) av figuren.
Dette skyldes at ved høyere spenninger flytter elektronene i den nedre dalen i ledbåndet inn i den øvre dalen, der deres mobilitet minker på grunn av en økning i deres effektive masse. Reduksjonen i mobilitet fører til en reduksjon i ledningskapasiteten, som fører til en reduksjon i strømmen som flyter gjennom dioden.
Som et resultat viser dioden en negativ motstandsfase i V-I-karakteristikkurven, som strekker seg fra toppunktet til dalebotten. Dette effekten kalles overføringselektron-effekten, og Gunn-dioder kalles også Overført Elektron Devices.
Videre skal det merkes at overføringselektron-effekten også kalles Gunn-effekten og er oppkalt etter John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) etter hans oppdagelse i 1963 som viste at man kunne generere mikrobølger ved å sette en stabil spenning over en chip av n-type GaAs-halvleder. Det er imidlertid viktig å merke seg at materialet brukt til å produsere Gunn-dioder må nødvendigvis være av n-type siden overføringselektron-effekten gjelder kun for elektroner og ikke hull.
Ettersom GaAs er en dårlig leder, genererer Gunn-dioder mye varme og trenger en varmesink. Ved mikrobølgefrequens reiser en strømimpuls over det aktive området, initiert ved en spesifikk spenning. Denne impulsbevegelsen reduserer potensialet gradient, noe som forhindrer videre impulsformasjon.
En ny strømimpuls kan bare genereres når den forrige impulsen når den fjerne enden av det aktive området, og øker potensialet gradient igjen. Tiden det tar for strømimpulsen å reise over det aktive området bestemmer impulsgenerasjonsraten og driftsfrekvensen for Gunn-dioden. For å variere oscillasjonsfrekvensen, må tykkelsen av det sentrale aktive området justeres.
Videre skal det merkes at naturen av den negative motstanden som Gunn-dioden viser, gjør at den kan fungere både som forsterker og oscillator, siste nevnte kalt Gunn-diodoscillator eller Gunn-oscillator.
Fordeler med Gunn-dioder
Ligger i faktumet at de er den billigste kilden til mikrobølger (i forhold til andre alternativer som klystron-rør)
De er kompakte i størrelse
De opererer over en stor båndbredde og har høy frekvensstabilitet.
Ulemper med Gunn-dioder
De har en høy tenningspåslagsspenning
De er mindre effektive under 10 GHz
De viser dårlig temperaturstabilitet.
Anvendelser
I elektroniske oscillatorer for å generere mikrobølgefrequenser.
I parametriske forsterkere som pumpeskilder.
I politiradarer.
Som sensorer i døråpningsystemer, inntrespass-deteksjonssystemer, fotgjenger-sikkerhetssystemer, etc.
Som kilde for mikrobølgefrequenser i automatiske døråpnere, trafikksignal-kontroller, etc.
I mikrobølge-mottakerkretser.
