Điốt Gunn là gì?

Gunn Diode là gì?

Định nghĩa Gunn Diode

Gunn diode là một thiết bị bán dẫn thụ động có hai đầu nối, được tạo thành chỉ từ vật liệu bán dẫn n-doped, khác với các điôt khác có cấu trúc p-n. Gunn diodes có thể được làm từ các vật liệu có nhiều vùng năng lượng trống, gần nhau trong dải dẫn điện như Gallium Arsenide (GaAs), Indium Phosphide (InP), Gallium Nitride (GaN), Cadmium Telluride (CdTe), Cadmium Sulfide (CdS), Indium Arsenide (InAs), Indium Antimonide (InSb) và Zinc Selenide (ZnSe).

Quy trình sản xuất chung bao gồm việc phát triển một lớp epitaxial trên nền n+ suy biến để tạo thành ba lớp bán dẫn n-type (Hình 1a), trong đó các lớp bên ngoài được dòp nặng hơn so với lớp hoạt động ở giữa.

Tiếp theo, các tiếp điểm kim loại được cung cấp ở cả hai đầu của Gunn diode để thuận tiện cho việc đặt áp. Ký hiệu mạch cho Gunn diode được hiển thị như Hình 1b và khác với điôt thông thường để chỉ ra sự vắng mặt của p-n junction.

Khi áp DC được áp dụng cho một Gunn diode, một trường điện phát triển qua các lớp của nó, đặc biệt là trong khu vực hoạt động trung tâm. Ban đầu, dẫn điện tăng lên khi electron di chuyển từ dải valence sang dải conduction thấp hơn.

Đồ thị V-I liên quan được hiển thị bởi đường cong trong Khu vực 1 (màu hồng) của Hình 2. Tuy nhiên, sau khi đạt đến một giá trị ngưỡng nhất định (Vth), dòng dẫn qua Gunn diode giảm như được hiển thị bởi đường cong trong Khu vực 2 (màu xanh lam) của hình vẽ.

Điều này xảy ra vì ở các điện áp cao hơn, electron trong dải conduction thấp hơn di chuyển vào dải conduction cao hơn, nơi mà độ di động của chúng giảm do khối lượng hiệu dụng tăng lên. Sự giảm độ di động dẫn đến giảm độ dẫn, gây ra giảm dòng điện chạy qua điôt.

Kết quả là, điôt thể hiện một vùng điện trở âm trong đồ thị V-I, kéo dài từ Điểm đỉnh đến Điểm thung lũng. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng chuyển electron, và Gunn diodes cũng được gọi là Thiết bị Chuyển Electron.

Ngoài ra, cần lưu ý rằng hiệu ứng chuyển electron còn được gọi là hiệu ứng Gunn và được đặt tên theo John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) sau khi ông phát hiện vào năm 1963 rằng có thể tạo ra sóng vi ba bằng cách áp dụng một điện áp ổn định trên một chip bán dẫn GaAs n-type. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng vật liệu được sử dụng để chế tạo Gunn diodes phải là n-type vì hiệu ứng chuyển electron chỉ áp dụng cho electron, không áp dụng cho lỗ.

Vì GaAs là chất dẫn kém, Gunn diodes sinh ra nhiệt quá mức và cần một tản nhiệt. Ở tần số vi ba, một xung dòng chạy qua khu vực hoạt động, bắt đầu ở một điện áp cụ thể. Việc di chuyển của xung này giảm độ dốc tiềm năng, ngăn chặn việc hình thành xung mới.

Chỉ có thể tạo ra xung dòng mới khi xung trước đó đạt đến cuối khu vực hoạt động, tăng độ dốc tiềm năng lại. Thời gian mà xung dòng di chuyển qua khu vực hoạt động xác định tốc độ tạo xung và tần số hoạt động của Gunn diode. Để thay đổi tần số dao động, độ dày của khu vực hoạt động trung tâm phải được điều chỉnh.

Ngoài ra, cần lưu ý rằng bản chất của điện trở âm được thể hiện bởi Gunn diode cho phép nó hoạt động như một bộ khuếch đại và một bộ dao động, cái sau được gọi là bộ dao động Gunn diode hoặc Gunn oscillator.

Ưu điểm của Gunn Diode

• Là nguồn sóng vi ba rẻ nhất (so với các lựa chọn khác như ống klystron)

• Chúng có kích thước nhỏ gọn

• Chúng hoạt động trên băng thông rộng và có độ ổn định tần số cao.

Nhược điểm của Gunn Diode

• Chúng có điện áp bật cao

• Chúng ít hiệu quả dưới 10 GHz

• Chúng có độ ổn định nhiệt kém.

Ứng dụng

• Trong các bộ dao động điện tử để tạo tần số vi ba.

• Trong các bộ khuếch đại tham số như nguồn bơm.

• Trong radar cảnh sát.

• Là cảm biến trong các hệ thống mở cửa, hệ thống phát hiện xâm nhập, hệ thống an toàn cho người đi bộ, v.v.

• Là nguồn tần số vi ba trong các hệ thống mở cửa tự động, bộ điều khiển tín hiệu giao thông, v.v.

• Trong các mạch nhận vi ba.