Gunn Diyoti nedir?
Gunn Diyod Nedir?
Gunn Diyod Tanımı
Gunn diyodu, iki ucu olan pasif bir yarıiletken cihazdır ve p-n geçit içermeyen diğer diyodlardan farklı olarak sadece n tipi doygunlaştırılmış bir yarıiletken malzemeden oluşur. Gunn diyodları, Gallium Arsenide (GaAs), Indium Phosphide (InP), Gallium Nitride (GaN), Cadmium Telluride (CdTe), Cadmium Sulfide (CdS), Indium Arsenide (InAs), Indium Antimonide (InSb) ve Zinc Selenide (ZnSe) gibi maddelerden yapılabilmektedir. Bu maddelerin iletkenlik bandında birden fazla, başlangıçta boş, yakın aralıklı enerji vadileri vardır.
Genel üretim prosedürü, aşırı doygunlaştırılmış n+ substrat üzerine epitaksyal bir tabaka büyüterek üç adet n tipi yarıiletken tabakayı oluşturmayı içerir (Şekil 1a). Burada uç tabakalar, orta etkin tabakaya göre daha yoğun doygunlaştırılmıştır.
Daha sonra, bias sağlama amacıyla Gunn diyodun her iki ucuna metal bağlantılar sağlanır. Gunn diyodun devre sembolü Şekil 1b'de gösterildiği gibidir ve normal diyodların sembolünden farklı olarak p-n geçitin olmamasını belirtmektedir.
Bir DC gerilimi Gunn diyoda uygulandığında, özellikle merkezi aktif bölgede, katmanlar arasında bir elektrik alanı gelişir. Başlangıçta, elektronlar valans bandından iletkenlik bandının alçak vadiye doğru hareket ederken iletkenlik artar.
İlgili V-I grafiği, Şekil 2'nin Bölge 1 (pembe renkli) kısmında gösterilen eğri ile gösterilir. Ancak, belirli bir eşik değere (Vth) ulaştıktan sonra, Gunn diyodundaki iletken akım, Şekil 2'nin Bölge 2 (mavi renkli) kısmında gösterilen eğri ile azalır.
Bu, daha yüksek gerilimlerde iletkenlik bandının alçak vadisindeki elektronların daha yüksek vadisine geçmesi ve bu durumda etkili kütlenin artması nedeniyle mobilitesinin azalması sebebiyledir. Mobilitenin azalması, iletkenliğin düşmesine ve diodun üzerinden akan akımın azalmasına neden olur.
Sonuç olarak, diod, Tepeden Vadine kadar uzanan V-I karakteristik eğrisinde negatif direnç bölgesi gösterir. Bu etkiye transfer electron etkisi denir ve Gunn diyodları aynı zamanda Transfer Electron Cihazları olarak da bilinir.
Ayrıca, transfer electron etkisi aynı zamanda Gunn etkisi olarak da bilinir ve J. B. Gunn'un 1963 yılında keşfine dayanır. Bu keşfine göre, n tipi GaAs yarıiletken bir çip üzerinde sürekli bir gerilim uygulanarak mikrodalga üretilebilir. Ancak, Gunn diyodları için kullanılan malzemenin mutlaka n tipi olması gerektiğini unutmamak gerekir, çünkü transfer electron etkisi sadece elektronlar için geçerlidir, delikler için değil.
GaAs kötü bir iletken olduğundan, Gunn diyodları aşırı ısı üretebilir ve bir soğutucuya ihtiyaç duyar. Mikrodalga frekanlarında, belirli bir gerilim altında aktif bölgede bir akım darbesi oluşur. Bu darbenin hareketi, potansiyel gradyanı azaltarak daha fazla darbe oluşmasını önler.
Yeni bir akım darbesi, önceki darbe aktif bölgenin karşı ucuna ulaştığında, yani potansiyel gradyan yeniden arttığında oluşabilir. Akım darbesinin aktif bölgeden geçen süresi, darbe oluşturma hızını ve Gunn diyodun çalışma frekansını belirler. Osilasyon frekansını değiştirmek için, merkezi aktif bölgenin kalınlığı ayarlanmalıdır.
Ayrıca, Gunn diyodun gösterdiği negatif direnç özelliği, onu hem amplifikatör hem de osilatör olarak çalışabilmesini sağlar. Sonuncusu, Gunn diyod osilatörü veya Gunn osilatörü olarak bilinir.
Gunn Diyod Avantajları
Diğer seçeneklere (örneğin klystron tüplerine) kıyasla en ucuz mikrodalga kaynağı olmaları
Kompakt boyutları
Geniş bant genişliği üzerinde çalışabilmeleri ve yüksek frekans istikrarına sahip olmaları.
Gunn Diyod Dezavantajları
Yüksek açma gerilimleri
10 GHz'ın altında düşük verimlilikleri
Kötü sıcaklık istikrarları.
Uygulamalar
Mikrodalga frekansları üretmek için elektronik osilatörlerde.
Parametrik amplifikatörlerde pompalama kaynakları olarak.
Polis radarlarında.
Kapı açma sistemlerinde, ihlal tespit sistemlerinde, yaya güvenliği sistemlerinde vb. sensörler olarak.
Otomatik kapı açma sistemlerinde, trafik işaret kontrolörlerinde vb. mikrodalga frekans kaynağı olarak.
Mikrodalga alıcı devrelerinde.
