O que é um Diodo Gunn?

O que é um Diodo Gunn?

Definição de Diodo Gunn

Um diodo Gunn é um dispositivo semicondutor passivo com dois terminais, composto apenas por material semicondutor dopado n, diferentemente de outros diodos que consistem em uma junção p-n. Os diodos Gunn podem ser feitos de materiais que possuem múltiplos vales de energia inicialmente vazios e próximos no seu banda de condução, como Arseneto de Gálio (GaAs), Fosfeto de Índio (InP), Nitreto de Gálio (GaN), Telureto de Cádmio (CdTe), Sulfeto de Cádmio (CdS), Arsênio de Índio (InAs), Antimônio de Índio (InSb) e Selênio de Zinco (ZnSe).

O procedimento de fabricação geral envolve o crescimento de uma camada epitaxial sobre um substrato n+ degenerado para formar três camadas de semicondutor n (Figura 1a), onde as camadas extremas são fortemente dopadas em comparação com a camada ativa central.

Além disso, contatos metálicos são fornecidos nas duas extremidades do diodo Gunn para facilitar o polarização. O símbolo do circuito para o diodo Gunn é mostrado na Figura 1b e difere do diodo normal para indicar a ausência de junção p-n.

Quando uma tensão DC é aplicada a um diodo Gunn, um campo elétrico se desenvolve através de suas camadas, especialmente na região ativa central. Inicialmente, a condutividade aumenta à medida que os elétrons se movem da banda de valência para o vale inferior da banda de condução.

O gráfico V-I associado é mostrado pela curva na Região 1 (colorida em rosa) da Figura 2. No entanto, após atingir um certo valor de limiar (Vth), a corrente de condução através do diodo Gunn diminui, conforme mostrado pela curva na Região 2 (colorida em azul) da figura.

Isso ocorre porque, em tensões mais altas, os elétrons no vale inferior da banda de condução se movem para o seu vale superior, onde sua mobilidade diminui devido ao aumento de sua massa efetiva. A redução na mobilidade diminui a condutividade, levando a uma diminuição na corrente que flui através do diodo.

Como resultado, o diodo exibe uma região de resistência negativa na curva característica V-I, que se estende do Ponto de Pico ao Ponto de Vale. Este efeito é conhecido como efeito de eletrão transferido, e os diodos Gunn também são chamados de Dispositivos de Eletrão Transferido.

Além disso, é importante notar que o efeito de eletrão transferido também é chamado de efeito Gunn e foi nomeado em homenagem a John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) após sua descoberta em 1963, que mostrou que era possível gerar micro-ondas aplicando uma tensão constante em um chip de semicondutor GaAs tipo n. No entanto, é importante notar que o material usado para fabricar diodos Gunn deve ser necessariamente do tipo n, pois o efeito de eletrão transferido é válido apenas para elétrons e não para furos.

Como o GaAs é um condutor pobre, os diodos Gunn geram calor excessivo e precisam de um dissipador de calor. Nas frequências de micro-ondas, um pulso de corrente atravessa a região ativa, iniciado em uma tensão específica. Este movimento do pulso reduz o gradiente de potencial, impedindo a formação de novos pulsos.

Um novo pulso de corrente só pode ser gerado quando o pulso anterior chega ao final da região ativa, aumentando novamente o gradiente de potencial. O tempo que leva para o pulso de corrente atravessar a região ativa determina a taxa de geração de pulsos e a frequência operacional do diodo Gunn. Para variar a frequência de oscilação, a espessura da região ativa central deve ser ajustada.

Além disso, é importante notar que a natureza da resistência negativa exibida pelo diodo Gunn permite que ele funcione tanto como amplificador quanto como oscilador, sendo este último conhecido como oscilador de diodo Gunn ou Gunn oscilador.

Vantagens do Diodo Gunn

• Está no fato de que eles são a fonte mais barata de micro-ondas (em comparação com outras opções, como tubos de klystron)

• Eles são compactos em tamanho

• Operam em uma larga faixa de frequência e possuem alta estabilidade de frequência.

Desvantagens do Diodo Gunn

• Eles têm uma tensão de acionamento elevada

• São menos eficientes abaixo de 10 GHz

• Exibem baixa estabilidade térmica.

Aplicações

• Em osciladores eletrônicos para gerar frequências de micro-ondas.

• Em amplificadores paramétricos como fontes de bomba.

• Em radares policiais.

• Como sensores em sistemas de abertura de portas, sistemas de detecção de intrusos, sistemas de segurança pedestre, etc.

• Como fonte de frequências de micro-ondas em abridores de portas automáticas, controladores de sinais de tráfego, etc.

• Em circuitos receptores de micro-ondas.