Co to jest dioda Gunn: budowa i jej działanie?

W materiałach półprzewodnikowych GaAs elektrony są obecne w dwóch stanach, takich jak duża masa przy małej prędkości i mała masa przy dużej prędkości. Przez żądanie odpowiedniego pola elektrycznego elektrony zmuszone są do przejścia ze stanu niskiej masy do stanu wysokiej masy. W tym konkretnym stanie elektrony mogą tworzyć grupy i poruszać się w stałym tempie, co może powodować przepływ prądu w serii impulsów. Jest to znane jako efekt Gunna, który jest używany przez diody Gunna. Diody te są najlepszymi i najczęściej dostępnymi urządzeniami z rodziny TED (urządzenia z przeniesionymi elektronami). Tego typu diody są używane, podobnie jak konwertery prądu stałego na mikrofale, z ujemną rezystancją masowych GaAs (arsenku galu) i wymagają typowego, stabilnego zasilania napięciowego, o mniejszej impedancji, aby można było wyeliminować złożone obwody. W tym artykule omówiono przegląd diody Gunna. Co to jest dioda Gunna? Dioda Gunna jest wykonana z półprzewodnika typu N, ponieważ zawiera większość nośników ładunku, takich jak elektrony. Ta dioda wykorzystuje ujemną właściwość rezystancji do wytwarzania prądu o wysokich częstotliwościach. Ta dioda jest używana głównie do wytwarzania sygnałów mikrofalowych około 1 GHz i częstotliwości RF około 100 GHz. Diody Gunna są również znane jako TED (urządzenia z przeniesionymi elektronami). Mimo że jest to dioda, urządzenia nie mają złącza PN, ale zawierają efekt zwany Efektem Gunna. Dioda GunnaTen efekt został nazwany na podstawie wynalazcy, a mianowicie JB Gunn. Te diody są bardzo proste w użyciu, stanowią niedrogą technikę generowania mikrofalowych sygnałów RF, często umieszczane w falowodzie, aby utworzyć łatwą wnękę rezonansową. Symbol diody Gunna pokazano poniżej.Symbol Konstrukcja diody GunnaWytwarzanie diody Gunna może być wykonane z półprzewodnika typu N. Najczęściej stosowanymi materiałami są GaAs (arsenek galu) i InP (fosforek indu) oraz inne materiały, takie jak Ge, ZnSe, InAs, CdTe, InSb. Niezbędne jest wykorzystanie materiału typu n, ponieważ efekt przenoszony elektron jest po prostu odpowiedni dla elektronów, a nie dziur znalezionych w materiale typu p. W tym urządzeniu są 3 główne regiony, które nazywane są obszarami górnym, dolnym i środkowym.Budowa Ogólna metoda wytwarzania tej diody polega na narastaniu i warstwie epitaksjalnej na zdegenerowanym podłożu n+. Grubość warstwy aktywnej waha się od kilku mikronów do 100 mikronów, a poziom domieszkowania tej warstwy od 1014cm-3 do 1016cm-3. Ale ten poziom domieszkowania jest znacznie niski, co jest stosowane w górnych i dolnych obszarach urządzenia. W zależności od wymaganej częstotliwości grubość zmieni się. Osadzanie warstwy n+ można wykonać epitaksjalnie, inaczej domieszkowane przez implantację jonów. Oba obszary tego urządzenia, takie jak górny i dolny, są głęboko domieszkowane, aby zapewnić materiał n+. Daje to niezbędne obszary o wysokiej przewodności, które są wymagane dla połączeń w kierunku urządzenia. Ogólnie, urządzenia te są umieszczane na przewodzącej podstawie, do której jest wykonane połączenie drutu. Ta podpora może również działać jak radiator, który jest niebezpieczny w usuwaniu ciepła. Drugie połączenie zaciskowe diody można wykonać za pomocą złotego połączenia, które jest umieszczone na powierzchni szczytu. Tutaj złote połączenie jest niezbędne ze względu na jego wysoką przewodność i względną stabilność. Podczas produkcji urządzenie materiałowe powinno być wolne od wad i zawierać również niezwykle spójny zakres domieszkowania. Działanie diody Gunna Zasada działania diody Gunna zależy głównie od efektu Gunna. W niektórych materiałach, takich jak InP i GaAs, po osiągnięciu poziomu progowego przez pole elektryczne w materiale, ruchliwość elektronów będzie jednocześnie spadać. Gdy pole elektryczne wzrasta, powstaje ujemna rezystancja. Gdy natężenie pola elektrycznego dla materiału GaAs osiągnie znaczącą wartość na elektrodzie ujemnej, wówczas może powstać obszar o niskiej ruchliwości elektronów. Obszar ten przemieszcza się przez średnią prędkość elektronów do elektrody +Ve. Dioda Gunna zawiera ujemny obszar rezystancji na swojej charakterystyce CV. Gdy znacząca wartość zostanie osiągnięta przez ujemną elektrodę GaAs, będzie obszar przez ruchliwość niskich elektronów. Następnie przesunie się na elektrodę dodatnią. Gdy spotka się z domeną silnego pola elektrycznego przez elektrodę dodatnią na elektrodzie ujemnej, wówczas cykliczny typ regionu o mniejszej ruchliwości elektronów, jak również wysokie pole elektryczne, zacznie się odtwarzać. Cykliczny charakter tego incydentu powoduje oscylacje o częstotliwości 100 GHz. Po przekroczeniu tej wartości oscylacje zaczną szybko zanikać. Charakterystyka Charakterystyka diody Gunna pokazuje ujemny obszar rezystancji na jej krzywej charakterystyki VI pokazanej poniżej. Tak więc ten obszar pozwala diodzie wzmacniać sygnały, dzięki czemu może być używany w oscylatorach i wzmacniaczach. Jednak najczęściej używane są oscylatory diodowe Gunna.Charakterystyka diody Gunna W tym przypadku obszar ujemnej rezystancji w diodzie Gunna to nic innego, jak gdy przepływ prądu wzrasta, to napięcie spada. To odwrócenie fazy umożliwia diodę pracę jak oscylator i wzmacniacz. Przepływ prądu w tej diodzie wzrasta wraz z napięciem stałym. Na określonym końcu przepływ prądu zacznie się zmniejszać, więc nazywa się to punktem szczytowym lub punktem progowym. Po przekroczeniu punktu progowego przepływ prądu zacznie się zmniejszać, aby wytworzyć ujemny obszar rezystancji w diodzie.Tryby działania diody GunnaDziałanie diody Gunna można wykonać w czterech trybach, które obejmują następujące.Tryb oscylacji GunnaStabilne wzmocnienie Tryb oscylacyjny ModeLSA Tryb oscylacji obwodu Tryb oscylacji Gunna Tryb oscylacji Gunna można zdefiniować w obszarze, w którym sumę częstotliwości można pomnożyć przez 107 cm/s długości. Suma domieszek może być pomnożona przez długość większą niż 1012/cm2. W tym obszarze dioda nie jest stabilna ze względu na tworzenie się cyklicznej domeny wysokiego pola i warstwy akumulacji. Tryb stabilnego wzmocnieniaTen rodzaj trybu można zdefiniować w obszarze, w którym suma częstotliwości i długości wynosi 107 cm/sek. długość produktu domieszkującego dla zakresów czasu od 1011 i 1012/cm2. Tryb oscylacji LSA Ten rodzaj trybu można zdefiniować w obszarze, w którym suma czasów długości częstotliwości wynosi 107 cm/s, a iloraz domieszkowania można podzielić przez zakresy częstotliwości od 2×104 i 2×105. Tryb oscylacji obwodu polaryzacji Ten rodzaj trybu występuje po prostu, gdy ma miejsce oscylacja LSA lub Gunna. Ogólnie rzecz biorąc, jest to obszar, w którym iloczyn częstotliwości w czasie jest bardzo mały i pojawia się na rysunku. Po osiągnięciu wartości progowej przez diodę w masie, średni prąd nagle spada, gdy rozpoczyna się oscylacja Gunna. Obwód oscylatora diodowego Gunna Schemat obwodu oscylatora diodowego Gunna pokazano poniżej. Zastosowanie diagramu diodowego Gunna pokazuje ujemny obszar rezystancji. Ujemna rezystancja wynikająca z pojemności błądzącej i indukcyjności ołowiu może powodować oscylacje.Obwód oscylatora diodowego GunnaW większości przypadków oscylacje typu relaksacyjnego będą miały dużą amplitudę, która uszkodzi diodę. Tak więc w diodzie zastosowano duży kondensator, aby uniknąć tej awarii. Ta charakterystyka jest wykorzystywana głównie do projektowania oscylatorów o wyższych częstotliwościach w zakresie od GHz do THz. Tutaj częstotliwość można regulować dodając rezonator. W powyższym obwodzie ekwiwalentem obwodu skupionego jest falowód lub koncentryczna linia transmisyjna. Tutaj dostępne są diody GaAs Gunn w zakresie od 10 GHz – 200 GHz przy mocy 5 MW – 65 MW. Te diody mogą być również używane jako wzmacniacze.Zalety diody Gunn są następujące.Ta dioda jest dostępna w małych rozmiarach i jest przenośnaDzięki czemu koszt tej diody jest niższyPrzy wysokich częstotliwościach dioda jest stabilna i niezawodnaPosiada ulepszony poziom szumów -stosunek sygnału (NSR), ponieważ jest chroniony przed dokuczliwością szumową.Zawiera wysoką przepustowośćWadyWady diody Gunna są następujące.Stabilność temperaturowa tej diody jest słabaPrąd pracy tego urządzenia, a zatem rozpraszanie mocy jest wysokie.Dioda Gunn wydajność jest niska poniżej 10GHz.Włącz napięcie tego urządzenia jest wysokie.Zakłócenia FM są wysokie dla określonych zastosowań.Zakres strojenia jest wysoki.Zastosowania.Zastosowania diody Gunna obejmują następujące.Te diody są używane jako oscylatory i wzmacniacze.Wykorzystywane są w mikroelektronice, takich jak sprzęt sterujący Są one używane w wojskowych, komercyjnych źródłach radarowych i komunikacji radiowej. Ta dioda jest używana w genie impulsowej diody Gunn W mikroelektronice diody te są wykorzystywane jako urządzenia szybkiego sterowania do modulacji wiązki laserowej. Stosowane w radarach policyjnych. Diody te znajdują zastosowanie w obrotomierzach. Stosowane są jako źródła pomp we wzmacniaczach parametrycznych. Stosowane w czujnikach do wykrywania różnych systemów, takich jak otwarcie drzwi, wykrywanie włamania i bezpieczeństwo pieszych itp. Jest stosowany w radarach dopplerowskich non-stop wave. Jest szeroko stosowany w nadajnikach łącza danych przekaźnika mikrofalowego. Jest stosowany w oscylatorach elektronicznych do generowania częstotliwości mikrofalowych. W związku z tym chodzi o przegląd diody Gunna i jej działanie. Tego typu diody są również nazywane TED (Transferred Electronic Device). Generalnie są one używane do oscylacji o wysokiej częstotliwości. Oto pytanie dla Ciebie, czym jest Gunn Effect?

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów