Ano ang Gunn Diode?

Ano ang Gunn Diode?

Pangalanan ng Gunn Diode

Ang Gunn diode ay isang pasibong semiconductor na may dalawang terminal, na binubuo lamang ng n-doped na semiconductor na materyales, kabilang dito ang Gallium Arsenide (GaAs), Indium Phosphide (InP), Gallium Nitride (GaN), Cadmium Telluride (CdTe), Cadmium Sulfide (CdS), Indium Arsenide (InAs), Indium Antimonide (InSb) at Zinc Selenide (ZnSe), na may maraming, unang-una'y walang laman, malapit na mga enerhiya na lambak sa kanilang conduction band, kasingkabaligtaran ng iba pang diodes na binubuo ng p-n junction.

Ang pangkalahatang proseso ng paggawa ay kasama ang paglago ng isang epitaxial layer sa isang degenerate n+ substrate upang mabuo ang tatlong n-type na semiconductor layers (Figure 1a), kung saan ang mga ekstremong layers ay mas mabigat na doped kumpara sa gitna, aktibong layer.

Ang mga metal contacts ay ipinagbibigay sa bawat dulo ng Gunn diode upang mapadali ang biasing. Ang circuit symbol para sa Gunn diode ay tulad ng ipinakita sa Figure 1b at iba ito sa normal na diode upang ipakita ang kakulangan ng p-n junction.

Kapag isinangguni ang DC voltage sa isang Gunn diode, umaasenso ang electric field sa pamamagitan ng kanyang layers, lalo na sa gitna, aktibong rehiyon. Sa simula, tumaas ang conduction dahil sa paggalaw ng mga elektron mula sa valence band patungo sa lower valley ng conduction band.

Ang kaugnay na V-I plot ay ipinapakita ng kurba sa Region 1 (kulay pink) ng Figure 2. Gayunpaman, pagkatapos maabot ang tiyak na threshold value (Vth), bumababa ang conduction current sa pamamagitan ng Gunn diode tulad ng ipinapakita ng kurba sa Region 2 (kulay blue) ng figure.

Ito ay dahil, sa mas mataas na voltages, ang mga elektron sa lower valley ng conduction band ay lumilipat sa mas mataas na valley kung saan ang kanilang mobility ay bumababa dahil sa pagtaas ng kanilang effective mass. Ang pagbawas ng mobility ay nagdudulot ng pagbawas ng conductivity na humahantong sa pagbawas ng current na umuusbong sa diode.

Bilang resulta, ang diode ay nagpapakita ng isang negative resistance region sa V-I characteristic curve, na sumasaklaw mula sa Peak point hanggang sa Valley Point. Ang epekto na ito ay kilala bilang transferred electron effect, at ang Gunn diodes ay tinatawag din bilang Transferred Electron Devices.

Dapat pa ring tandaan na ang transferred electron effect ay kilala rin bilang Gunn effect at ipinangalan kay John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) matapos ang kanyang pagkakatuklas noong 1963 na nagpapakita na maaaring makalikha ng microwaves sa pamamagitan ng pag-apply ng steady voltage sa chip ng n-type GaAs semiconductor. Ngunit mahalaga na tandaan na ang materyal na ginagamit upang gawin ang Gunn diodes ay dapat naman na n-type dahil ang transferred electron effect ay maganda lamang para sa mga elektron at hindi para sa mga holes.

Dahil ang GaAs ay mahina na conductor, ang Gunn diodes ay lumilikha ng sobrang init at kailangan ng heat sink. Sa microwave frequencies, ang isang current pulse ay lumilipad sa pamamagitan ng aktibong rehiyon, na sinimulan sa isang tiyak na voltage. Ang paggalaw ng pulse na ito ay nagbabawas ng potential gradient, na nagpipigil sa paglikha ng karagdagang pulse.

Ang bagong current pulse lamang ay maaaring mabuo kapag ang nakaraang pulse ay umabot sa pinakamalayo na bahagi ng aktibong rehiyon, na nagpapataas muli ng potential gradient. Ang oras na kinakailangan para sa current pulse na lumipad sa pamamagitan ng aktibong rehiyon ay nagpapasya sa rate ng paglikha ng pulse at sa operational frequency ng Gunn diode. Upang baguhin ang oscillation frequency, kailangang i-adjust ang thickness ng central active region.

Dapat pa ring tandaan na ang kalikasan ng negative resistance na ipinapakita ng Gunn diode ay nagbibigay-daan sa ito na gumana bilang amplifier at oscillator, ang huli ay kilala bilang Gunn diode oscillator o Gunn oscillator.

Mga Advantages ng Gunn Diode

• Naroroon sa katotohanan na sila ang pinakamurang source ng microwaves (kumpara sa iba pang opsyon tulad ng klystron tubes)

• Sila ay kompak sa laki

• Sila ay gumagana sa malaking bandwidth at may mataas na frequency stability.

Mga Disadvantages ng Gunn Diode

• May mataas na turn-on voltage

• Mas kaunti ang efficiency sa ibaba ng 10 GHz

• May mahinang temperature stability.

Mga Application

• Sa electronic oscillators upang makalikha ng microwave frequencies.

• Sa parametric amplifiers bilang pump sources.

• Sa police radars.

• Bilang sensors sa door opening systems, trespass detecting systems, pedestrian safety systems, atbp.

• Bilang source para sa microwave frequencies sa automatic door openers, traffic signal controllers, atbp.

• Sa microwave receiver circuits.