Kaj je Gunn dioda?
Kaj je Gunn dioda?
Definicija Gunn diode
Gunn dioda je pasivno polprevodniško napravo z dvema terminaloma, sestavljena samo iz n-dopiranega polprevodnika, na razliko od drugih diod, ki so sestavljene iz p-n prehoda. Gunn diode lahko izdelajo iz materialov, ki imajo večje, začetno prazne, tesno razmaknjene energetske doline v svojem vodilnem pasu, kot so Arsenid galije (GaAs), Fosfid indija (InP), Nitrid galije (GaN), Tellurid kadma (CdTe), Sulfid kadma (CdS), Arsenid indija (InAs), Antimonid indija (InSb) in Selendid cinka (ZnSe).
Splošen postopek izdelave vključuje rast epitaksijskega sloja na degenerativnem n+ podlagi za oblikovanje treh n-tipa polprevodniških slojev (Slika 1a), kjer sta ekstremna sloja močno dopirana v primerjavi s srednjim, aktivnim slojem.
Nadalje se na obeh koncih Gunn diode oskrbijo z metalnimi kontakti, da omogočijo polarizacijo. Simbol sheme za Gunn diodo je prikazan na Sliki 1b in se razlikuje od simbola običajne diode, da bi označil odsotnost p-n prehoda.
Ko se na Gunn diodo uporabi stalen napetostni tok, se v njenih slojih, posebej v srednjem aktivnem območju, razvije električno polje. Na začetku se prevodnost poveča, ko se elektroni premaknejo iz valentnega pasa v spodnjo dolino vodilnega pasa.
Prikazano V-I grafikon je prikazan z krivuljo v Regiju 1 (označen z rožnato) na Sliki 2. Vendar po dosegu določene mejne vrednosti (Vth) se tok skozi Gunn diodo zmanjša, kot je prikazano z krivuljo v Regiju 2 (označen z modro) na sliki.
To je zaradi tega, ker pri višjih napetostih elektroni v spodnji dolini vodilnega pasa preidejo v njegovo zgornjo dolino, kjer se njihova mobilnost zmanjša zaradi povečanja učinkovite mase. Zmanjšanje mobilnosti zmanjša prevodnost, kar vodi v zmanjšanje toka, ki teče skozi diodo.
Kot rezultat toka dioda kaže območje negativnega upora v V-I karakteristični krivulji, ki se razteza od vrha do dna. Ta učinek se imenuje preneseni elektronski učinek, in Gunn diode se imenujejo tudi Prenešena Elektronska Naprava.
Dodatno je treba opozoriti, da se preneseni elektronski učinek imenuje tudi Gunn učinek in je poimenovan po Johnu Battiscombeu Gunnu (J. B. Gunn) po njegovem odkritju leta 1963, ki je pokazal, da se lahko generirajo mikrovalovi z uporabo stalne napetosti skozi čip n-tipa GaAs polprevodnika. Vendar je pomembno opozoriti, da mora material, iz katerega so izdelane Gunn diode, biti nesebično n-tip, saj preneseni elektronski učinek velja le za elektrone in ne za lupe.
Ker je GaAs slaba prevodnik, Gunn diode ustvarjajo preveč toplote in potrebujejo hladilnik. Na frekvencah mikrovalov se tokovni puls premika skozi aktivno območje, ki se začne na določeno napetost. Premikanje tega pulsa zmanjša potencialni padec, kar preprečuje nastanek novih pulsov.
Novi tokovni puls se lahko generira le, ko prejšnji puls doseže konec aktivnega območja, kar spet poveča potencialni padec. Čas, ki ga traja premikanje tokovnega pulsa skozi aktivno območje, določa hitrost generiranja pulsov in delovno frekvenco Gunn diode. Za spreminjanje oscilacijske frekvence je potrebno prilagoditi debelino srednjega aktivnega območja.
Dodatno je treba opozoriti, da narava negativnega upora, ki ga kaže Gunn dioda, omogoča, da deluje kot pojačevalnik in oscilator, zadnji pa se imenuje Gunn dioda oscilator ali Gunn oscilator.
Prednosti Gunn diode
Ležijo v dejstvu, da so najcenejši vir mikrovalov (v primerjavi z drugimi možnostmi, kot so klistroni)
So kompaktni
Delujejo na velikem pasovnem spektru in imajo visoko frekvenčno stabilnost.
Slabosti Gunn diode
Imajo visok vklopni tok
So manj učinkoviti pod 10 GHz
Pokazujejo slabo temperaturno stabilnost.
Uporabe
V elektronskih oscilatorjih za generiranje frekvenc mikrovalov.
Kot viri za parametrične pojačevalnike.
V policisti radarih.
Kot senzorji v sistemih za odpiranje vrat, sistemih za odkrivanje vtresov, sistemih za varnost pešcev itd.
Kot vir mikrovalov v avtomatskih sistemih za odpiranje vrat, kontrolerjih prometnih signalov itd.
V shemah za sprejem mikrovalov.
