Šta je Gunn dioda?

Šta je Gunn dioda?

Definicija Gunn diode

Gunn dioda je pasivno poluprovodničko uređaj sa dva terminala, sastavljen isključivo od n-legiranog poluprovodničkog materijala, u suprotnosti sa drugim diodama koje se sastoje od p-n spoja. Gunn diode mogu biti izrađene od materijala koji imaju više, početno praznih, blisko raspoređenih energetskih dolina u svojoj provodnoj zoni, kao što su Arsenid galijuma (GaAs), Fosfid indija (InP), Nitrid galijuma (GaN), Tellurid kadma (CdTe), Sulfid kadma (CdS), Arsenid indija (InAs), Antimonid indija (InSb) i Selenid cinka (ZnSe).

Opšti postupak proizvodnje uključuje odrastanje epitaksijalne slojeve na degenerisanom n+ substratu kako bi se formirale tri n-tipa poluprovodničkih slojeva (Slika 1a), gde su ekstremni slojevi teže legirani u poređenju sa srednjim, aktivnim slojem.

Dalje, metalički kontakti su obezbeđeni na oba kraja Gunn diode kako bi se omogućilo polarisanje. Simbol šeme za Gunn diodu prikazan je na Slici 1b i razlikuje se od simbola obične diode kako bi ukazao na odsustvo p-n spoja.

Kada se na Gunn diodu primeni jednosmerna naponska razlika, razvija se električno polje preko njegovih slojeva, posebno u centralnom aktivnom regionu. Inicijalno, provodnost raste jer elektroni prelaze iz valentne zone u nižu dolinu provodne zone.

Prikazano V-I grafikonom je kriva u Regionu 1 (označeno ružičastom bojom) na Slici 2. Međutim, nakon dostizanja određene pragove vrednosti (Vth), struja kroz Gunn diodu opada, kao što pokazuje kriva u Regionu 2 (označeno plavom bojom) na slici.

To je zato što, pri višim naponima, elektroni u nižoj dolini provodne zone prelaze u višu dolinu gde njihova mobilnost opada zbog povećanja efektivne mase. Smanjenje mobilnosti smanjuje provodnost, što dovodi do smanjenja struje koja teče kroz diodu.

Kao rezultat, dioda pokazuje region negativnog otpora na V-I karakterističnoj krivoj, koji se proteže od tačke vrha do tačke doline. Ovaj efekat je poznat kao transfer elektrona, a Gunn diode se takođe nazivaju Uređaji za transfer elektrona.

Treba napomenuti da se efekat transfera elektrona takođe naziva Gunn efekat i nosi ime John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) posle njegovo otkriće 1963. godine, koje je pokazalo da se mikrovalovi mogu generisati primenom konstantne naponske razlike preko čipa n-tipa GaAs poluprovodnika. Ipak, važno je napomenuti da materijal koriscen za izradu Gunn dioda mora nužno biti n-tipa, jer efekat transfera elektrona važi samo za elektrone, a ne za rupe.

Pošto je GaAs loš provodnik, Gunn diode generišu previše toplote i potrebni su hladnjaci. Na mikrovalovitim frekvencijama, impulsi struje prelaze kroz aktivni region, inicirani na određenom naponu. Ovo kretanje impulsa smanjuje potencijalni nagib, sprečavajući formiranje novih impulsa.

Novi impulsi struje mogu biti generisani tek kada prethodni impuls stigne do daljeg kraja aktivnog regiona, povećavajući potencijalni nagib ponovo. Vreme potrebno za prelazak impulsa struje kroz aktivni region određuje stopu generisanja impulsa i radnu frekvenciju Gunn diode. Da bi se promenila oscilaciona frekvencija, debljina centralnog aktivnog regiona mora biti prilagođena.

Treba napomenuti da priroda negativnog otpora koji pokazuje Gunn dioda omogućava joj da radi i kao pojačavač i kao oscilator, poslednji od kojih se naziva Gunn dioda oscilator ili Gunn oscilator.

Prednosti Gunn diode

• Činjenica da su najjeftiniji izvor mikrovalova (u poređenju sa drugim opcijama, poput klistronskih cevi)

• Su kompaktnog oblika

• Radili na velikom pojasu frekvencija i poseduju visoku stabilnost frekvencije.

Mane Gunn diode

• Imaju visok napon upaljenja

• Manje su efikasne ispod 10 GHz

• Pokazuju lošu temperaturnu stabilnost.

Primene

• U elektronskim oscilatorima za generisanje mikrovalovitih frekvencija.

• Kao izvori pumpiranja u parametarskim pojačavačima.

• U policajskim radarima.

• Kao senzori u sistemima za otvaranje vrata, sistemi za detektovanje prekršaja, sistemi za zaštitu pešaka itd.

• Kao izvor mikrovalovitih frekvencija u automatskim otvaračima vrata, kontrolerima semafora itd.

• U mikrovalovitim primačkim šemama.