Che cos'è il diodo Gunn: costruzione e funzionamento?

Nei materiali semiconduttori GaAs, gli elettroni sono presenti in due stati come alta velocità di massa bassa e alta velocità di massa bassa. Dalla richiesta di un campo elettrico adeguato, gli elettroni sono costretti a passare da uno stato di massa bassa ad uno stato di massa elevata. In questo stato specifico, gli elettroni possono formare un gruppo e si muovono a una velocità costante che può far fluire la corrente in una serie di impulsi. Quindi questo è noto come effetto Gunn che viene utilizzato dai diodi Gunn. Questi diodi sono i dispositivi migliori e più frequentemente disponibili della famiglia TED (dispositivi a elettroni trasferiti). Questi tipi di diodi sono utilizzati come convertitori da CC a microonde con le caratteristiche di resistenza negativa del GaAs bulk (arseniuro di gallio) e richiedono un'alimentazione tipica e stabile, meno impedenza in modo da poter eliminare circuiti complessi. Questo articolo discute una panoramica di un diodo Gunn. Che cos'è un diodo Gunn? Il diodo Gunn è realizzato con un semiconduttore di tipo N perché comprende portatori di carica maggioritari come gli elettroni. Questo diodo utilizza la proprietà di resistenza negativa per produrre corrente alle alte frequenze. Questo diodo viene utilizzato principalmente per produrre segnali a microonde intorno a 1 GHz e frequenze RF intorno a 100 GHz. I diodi Gunn sono anche conosciuti come TED (dispositivi a elettroni trasferiti). Anche se è un diodo, i dispositivi non hanno una giunzione PN ma includono un effetto chiamato Effetto Gunn. Gunn DiodeQuesto effetto è stato chiamato in base all'inventore, ovvero JB Gunn. Questi diodi sono molto semplici da usare, formano una tecnica a basso costo per generare segnali RF a microonde, spesso essendo posti in una guida d'onda per creare una facile cavità risonante. Il simbolo del diodo Gunn è mostrato di seguito.Simbolo Costruzione del diodo GunnLa fabbricazione del diodo Gunn può essere eseguita con un semiconduttore di tipo N. I materiali che vengono utilizzati più frequentemente sono GaAs (arseniuro di gallio) e InP (fosfuro di indio) e sono stati utilizzati altri materiali come Ge, ZnSe, InAs, CdTe, InSb. È essenziale utilizzare materiale di tipo n perché l'effetto del l'elettrone trasferito è semplicemente appropriato per gli elettroni e non per le lacune trovate in un materiale di tipo p. In questo dispositivo, ci sono 3 regioni principali chiamate aree superiore, inferiore e centrale.Costruzione Il metodo generale per fabbricare questo diodo consiste nel far crescere uno strato epitassiale su un substrato n+ degenere. Lo spessore dello strato attivo varia da pochi micron a 100 micron e il livello di drogaggio di questo strato varia da 1014cm-3 a 1016cm-3. Ma questo livello di doping è significativamente basso e viene utilizzato per le regioni superiore e inferiore del dispositivo. In base alla frequenza richiesta, lo spessore cambierà. La deposizione dello strato n+ può essere effettuata epitassialmente oppure drogata mediante impiantazione ionica. Entrambe le aree di questo dispositivo come la parte superiore e inferiore sono drogate in profondità per fornire materiale n+. Ciò fornisce le necessarie regioni ad alta conduttività che sono richieste per i collegamenti verso il dispositivo. Generalmente, questi dispositivi sono posti su un supporto conduttore al quale viene effettuato il collegamento di un filo. Questo supporto può anche funzionare come un dissipatore di calore che è pericoloso per rimuovere il calore. L'altro collegamento terminale del diodo può essere effettuato tramite una connessione in oro che viene depositata sulla superficie del pinnacolo. Qui la connessione in oro è necessaria a causa della sua elevata conduttività e relativa stabilità. Durante la produzione, il dispositivo materiale dovrebbe essere privo di difetti e includere anche una gamma estremamente coerente di drogaggio. Funzionamento del diodo Gunn Il principio di funzionamento di un diodo Gunn dipende principalmente dall'effetto Gunn. In alcuni materiali come InP e GaAs, una volta raggiunto un livello di soglia attraverso un campo elettrico all'interno del materiale, la mobilità degli elettroni diminuirà contemporaneamente. Quando il campo elettrico aumenta, verrà generata una resistenza negativa. Una volta che l'intensità di un campo elettrico per il materiale GaAs raggiunge il suo valore significativo sull'elettrodo negativo, si può formare una regione a bassa mobilità degli elettroni. Questa regione si sposta attraverso la velocità media degli elettroni verso l'elettrodo +Ve. Il diodo Gunn include una regione di resistenza negativa sulle sue caratteristiche CV. Una volta raggiunto il valore significativo attraverso l'elettrodo negativo di GaAs, allora ci sarà una regione attraverso la mobilità di elettroni bassi. Successivamente, si sposterà sull'elettrodo positivo. Una volta che incontra un forte dominio del campo elettrico attraverso l'elettrodo positivo sull'elettrodo negativo, inizierà a ricrearsi un tipo ciclico della regione per una minore mobilità degli elettroni e un campo elettrico elevato. La natura ciclica di questo incidente produce oscillazioni con frequenze di 100 GHz. Una volta superato questo valore, le oscillazioni inizieranno a scomparire rapidamente. Caratteristiche Le caratteristiche del diodo Gunn mostrano un'area di resistenza negativa sulla sua curva caratteristica VI mostrata di seguito. Quindi questa regione consente al diodo di amplificare i segnali, quindi può essere utilizzata in oscillatori e amplificatori. Ma gli oscillatori a diodi Gunn sono usati più frequentemente.Caratteristiche del diodo GunnQui, l'area di resistenza negativa nel diodo Gunn non è altro che una volta che il flusso di corrente aumenta, la tensione diminuisce. Questa inversione di fase consente al diodo di funzionare come un oscillatore e un amplificatore. Il flusso di corrente in questo diodo aumenta attraverso la tensione CC. Ad un'estremità specifica, il flusso di corrente inizierà a diminuire, quindi questo è chiamato punto di picco o punto di soglia. Una volta superato il punto di soglia, il flusso di corrente inizierà a ridursi per creare una regione di resistenza negativa all'interno del diodo. Modalità di funzionamento del diodo Gunn Il funzionamento di un diodo Gunn può essere eseguito in quattro modalità che includono le seguenti. Modalità di oscillazione Gunn Amplificazione stabile ModeLSA Oscillation ModeBias Circuit Oscillation ModeGunn Oscillation ModeLa modalità di oscillazione Gunn può essere definita nell'area in cui la somma della frequenza può essere moltiplicata per lunghezze di 107 cm/s. La somma del doping può essere moltiplicata per la lunghezza è superiore a 1012/cm2. In questa regione, il diodo non è stabile a causa della formazione di ciclici sia nel dominio ad alto campo che nello strato di accumulo. Modalità di amplificazione stabile Questo tipo di modalità può essere definita nell'area in cui la somma della frequenza per la lunghezza è 107 cm/sec e la lunghezza del prodotto dopante per intervalli di tempo compresi tra 1011 e 1012/cm2. Modalità Oscillazione LSA Questo tipo di modalità può essere definito nell'area in cui la somma dei tempi di lunghezza della frequenza è 107 cm/s e il quoziente di doping può essere diviso per la frequenza è intervalli da 2×104 e 2×105. Modalità di oscillazione del circuito BiasQuesto tipo di modalità si verifica semplicemente quando si verifica l'oscillazione LSA o Gunn. Generalmente, è l'area in cui il prodotto della frequenza della lunghezza del tempo è molto piccolo ad apparire all'interno della figura. Una volta che la polarizzazione di un diodo bulk viene eseguita alla soglia, la corrente media diminuisce improvvisamente quando inizia l'oscillazione di Gunn. Circuito dell'oscillatore a diodo GunnLo schema del circuito dell'oscillatore a diodo Gunn è mostrato di seguito. L'applicazione del diagramma del diodo Gunn mostra una regione di resistenza negativa. La resistenza negativa attraverso la capacità parassita e l'induttanza del cavo può provocare oscillazioni.Circuito dell'oscillatore del diodo Gunn Nella maggior parte dei casi, il tipo di rilassamento delle oscillazioni includerà un'ampiezza enorme che danneggerà il diodo. Quindi un grande condensatore viene utilizzato attraverso il diodo per evitare questo guasto. Questa caratteristica è principalmente utilizzata per progettare oscillatori a frequenze superiori che vanno dalle bande GHz alle bande THz. Qui, la frequenza può essere controllata aggiungendo un risonatore. Nel circuito sopra, l'equivalente del circuito concentrato è una guida d'onda o una linea di trasmissione coassiale. Qui, i diodi GaAs Gunn sono accessibili per il funzionamento che varia da 10 GHz - 200 GHz a 5 MW - 65 MW di potenza. Questi diodi possono essere utilizzati anche come amplificatori. Vantaggi I vantaggi del diodo Gunn includono quanto segue. Questo diodo è disponibile in piccole dimensioni e portatile Rendere il costo di questo diodo è inferiore Alle alte frequenze, questo diodo è stabile e affidabile Possiede un miglioramento del rumore -signal ratio (NSR) perché è protetto dal disturbo del rumore. Include un'elevata larghezza di banda Svantaggi Gli svantaggi del diodo Gunn includono quanto segue. La stabilità della temperatura di questo diodo è scarsa La corrente operativa di questo dispositivo, quindi la dissipazione di potenza è elevata. Il diodo Gunn l'efficienza è bassa sotto i 10 GHz. Accendere la tensione di questo dispositivo è alta Il rumore FM è alto per applicazioni specifiche La gamma di sintonizzazione è alta Applicazioni Le applicazioni del diodo Gunn includono quanto segue. Questi diodi sono usati come oscillatori e amplificatori. Viene utilizzato nella microelettronica come le apparecchiature di controllo .Questi sono utilizzati nelle fonti radar militari e commerciali e nelle comunicazioni radio. Questo diodo viene utilizzato nel gene del diodo Gunn pulsato ratori. Nella microelettronica, questi diodi sono utilizzati come dispositivi di controllo rapido per la modulazione del raggio laser. Utilizzati nei radar della polizia. Questi diodi sono applicabili nei tachimetri Viene utilizzato come sorgente di pompa all'interno di amplificatori parametrici Utilizzato nei sensori per rilevare diversi sistemi come l'apertura di una porta, il rilevamento di intrusioni e sicurezza dei pedoni, ecc. Viene utilizzato nei radar doppler a onda non-stop. È ampiamente utilizzato nei trasmettitori di collegamento dati relè a microonde Viene utilizzato negli oscillatori elettronici per la generazione di frequenze a microonde Pertanto, si tratta di una panoramica del diodo Gunn e del suo funzionamento. Questi tipi di diodi sono anche chiamati TED (Dispositivo Elettronico Trasferito). Generalmente, questi sono usati per oscillazioni ad alta frequenza. Ecco una domanda per te, cos'è l'effetto Gunn?

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