Vad är en Gunn-diod?
Vad är en Gunn-diod?
Gunn-diode Definition
En Gunn-diod är en passiv halvledare med två terminaler, som består endast av n-dopat halvledarmaterial, i motsats till andra dioder som består av en p-n-förbindelse. Gunn-dioder kan tillverkas av material som har flera, ursprungligen tomma, närt belägna energidalar i deras ledningsband, såsom galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP), galliumnitrid (GaN), kadmiumtellurid (CdTe), kadmiumsulfid (CdS), indiumarsenid (InAs), indiumantimonid (InSb) och zinkselenid (ZnSe).
Den generella tillverkningsprocessen innefattar att växa ett epitaxiskt lager på en degenererad n+ substrat för att forma tre n-typer av halvledarlager (Figur 1a), där de yttersta lagren är starkt dopade jämfört med det mittersta, aktiva lagret.
Ytterligare tillhandahålls metallkontakter vid båda ändarna av Gunn-dioden för att underlätta spänningssättning. Kretsens symbol för Gunn-diode visas i figur 1b och skiljer sig från den normala dioden för att indikera brist på p-n-förbindelse.
När en likströmspänning appliceras på en Gunn-diode, utvecklas ett elektriskt fält över dess lager, särskilt i det centrala aktiva området. Först ökar ledningen eftersom elektroner flyttar sig från valensbandet till den nedre dalen i ledningsbandet.
Den associerade V-I-kurvan visas av kurvan i Region 1 (färgad i rosa) i Figur 2. Men efter att ha nått en viss tröskelvärde (Vth), minskar strömmen genom Gunn-dioden som visas av kurvan i Region 2 (färgad i blått) i figuren.
Detta beror på att vid högre spänningar flyttar elektronerna i den nedre dalen av ledningsbandet till en högre dal där deras rörlighet minskar på grund av en ökning av deras effektiva massa. Minskningen av rörlighet minskar ledningen vilket leder till en minskning av strömmen genom dioden.
Som ett resultat visar dioden en negativ resistansregion i V-I-karakteristikkurvan, som sträcker sig från topppunkten till dalpunkten. Detta fenomen kallas för överförandelektron-effekten, och Gunn-dioder kallas också för överförandelektron-enheter.
Det ska noteras att överförandelektron-effekten också kallas Gunn-effekt och är uppkallad efter John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) efter hans upptäckt 1963 som visade att man kunde generera mikrovågor genom att applicera en konstant spänning över en chip av n-typer GaAs-halvledare. Det är dock viktigt att notera att materialet som används för att tillverka Gunn-dioder måste vara av n-typer eftersom överförandelektron-effekten gäller endast för elektroner och inte för hål.
Eftersom GaAs är en dålig ledare, genererar Gunn-dioder mycket värme och behöver en värmeavledare. På mikrovågsfrekvenser, rör en strömpuls sig över det aktiva området, initierad vid en specifik spänning. Denna pulsrörelse minskar potentialgradienten, vilket förhindrar ytterligare pulsgenerering.
En ny strömpuls kan endast genereras när den föregående pulsen når det fjärran slutet av det aktiva området, vilket ökar potentialgradienten igen. Tiden det tar för strömpulsen att röra sig över det aktiva området bestämmer pulsgenereringshastigheten och operativa frekvensen för Gunn-dioden. För att variera svängningsfrekvensen måste tjockleken på det centrala aktiva området justeras.
Det ska noteras att naturen av den negativa resistansen som Gunn-dioden visar gör att den kan fungera både som en förstärkare och en oscillator, senare kallas för en Gunn-diode-oscillator eller Gunn-oscillator.
Fördelar med Gunn-diode
Ligger i det faktum att de är den billigaste källan till mikrovågor (jämfört med andra alternativ som klystronrör)
De är kompakta i storlek
De fungerar över ett stort bandbreddsintervall och har hög frekvensstabilitet.
Nackdelar med Gunn-diode
De har en hög inaktiveringspänning
De är mindre effektiva under 10 GHz
De visar dålig temperaturstabilitet.
Tillämpningar
I elektroniska oscillatorer för att generera mikrovågsfrekvenser.
I parametriska förstärkare som pumpkällor.
I polisradarer.
Som sensorer i dörröppningssystem, intrångsdetekteringssystem, fotgängarskyddssystem, etc.
Som en källa för mikrovågsfrekvenser i automatiska dörröppnare, trafiksignalstyrningar, etc.
I mikrovågsmottagarkretsar.
