Was ist Gunn-Diode: Aufbau und Funktionsweise

In GaAs-Halbleitermaterialien sind die Elektronen in zwei Zuständen vorhanden, wie hohe Masse, niedrige Geschwindigkeit und niedrige Masse, hohe Geschwindigkeit. Durch das Erfordernis eines angemessenen elektrischen Feldes werden die Elektronen gezwungen, sich von einem Zustand geringer Masse in einen Zustand hoher Masse zu bewegen. In diesem spezifischen Zustand können Elektronen eine Gruppe bilden und sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegen, die dazu führen kann, dass Strom in einer Reihe von Impulsen fließt. Dies ist als Gunn-Effekt bekannt, der von Gunn-Dioden verwendet wird. Diese Dioden sind die besten und am häufigsten erhältlichen Geräte aus der TED-Familie (Transfered Electron Devices). Diese Arten von Dioden werden wie DC-zu-Mikrowellen-Wandler mit den negativen Widerstandseigenschaften von Bulk-GaAs (Galliumarsenid) verwendet und benötigen eine typische, stabile Spannungsversorgung mit geringerer Impedanz, sodass komplexe Schaltungen eliminiert werden können. Dieser Artikel beschreibt einen Überblick über eine Gunn-Diode. Was ist eine Gunn-Diode? Gunn-Dioden werden aus N-Typ-Halbleitern hergestellt, da sie Majoritätsladungsträger wie Elektronen enthalten. Diese Diode nutzt die Eigenschaft des negativen Widerstands, um Strom bei hohen Frequenzen zu erzeugen. Diese Diode wird hauptsächlich verwendet, um Mikrowellensignale um 1 GHz und HF-Frequenzen um 100 GHz zu erzeugen. Gunn-Dioden werden auch als TED (Transfered Electron Devices) bezeichnet. Obwohl es sich um eine Diode handelt, haben die Geräte keinen PN-Übergang, sondern einen Effekt namens Gunn-Effekt. Gunn Diode Dieser Effekt wurde nach dem Erfinder JB Gunn benannt. Diese Dioden sind sehr einfach zu verwenden, sie bilden eine kostengünstige Technik zur Erzeugung von Mikrowellen-HF-Signalen, die häufig in einem Wellenleiter angeordnet werden, um einen einfachen Resonanzhohlraum zu bilden. Das Symbol der Gunn-Diode ist unten dargestellt.Symbol Gunn-Dioden-KonstruktionDie Herstellung der Gunn-Diode kann mit einem N-Typ-Halbleiter erfolgen. Die am häufigsten verwendeten Materialien sind GaAs (Galliumarsenid) und InP (Indiumphosphid) und andere Materialien wie Ge, ZnSe, InAs, CdTe, InSb wurden verwendet übertragenes Elektron ist einfach für Elektronen und nicht für Löcher geeignet, die in einem p-Typ-Material gefunden werden. In diesem Gerät gibt es 3 Hauptbereiche, die als oberer, unterer und mittlerer Bereich bezeichnet werden.KonstruktionDie allgemeine Methode zur Herstellung dieser Diode besteht darin, eine Epitaxieschicht auf einem entarteten n+-Substrat aufzubringen. Die Dicke der aktiven Schicht reicht von wenigen Mikrometern bis 100 Mikrometern und das Dotierungsniveau dieser Schicht reicht von 1014 cm –3 bis 1016 cm –3. Dieser Dotierungspegel ist jedoch signifikant niedrig, was für die oberen und unteren Bereiche der Vorrichtung verwendet wird. Basierend auf der erforderlichen Frequenz ändert sich die Dicke. Die Abscheidung der n+-Schicht kann epitaktisch erfolgen, ansonsten dotiert durch Ionenimplantation. Beide Bereiche dieses Bauelements wie Ober- und Unterseite sind tief dotiert, um n+-Material bereitzustellen. Dies ergibt die notwendigen Bereiche hoher Leitfähigkeit, die für die Verbindungen zum Gerät erforderlich sind. Im Allgemeinen werden diese Geräte auf einem leitenden Träger platziert, an dem die Verbindung eines Drahtes hergestellt wird. Diese Unterstützung kann auch wie ein Kühlkörper wirken, der die Wärme gefährlich abführen kann. Der andere Anschluss der Diode kann durch eine Goldverbindung hergestellt werden, die auf der Pinnacle-Oberfläche abgeschieden wird. Hier ist die Goldverbindung aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit & relativen Stabilität notwendig. Bei der Herstellung sollte das Materialgerät fehlerfrei sein und auch einen extrem konstanten Dotierungsbereich aufweisen. Gunn-Dioden-Funktion Das Funktionsprinzip einer Gunn-Diode hängt hauptsächlich vom Gunn-Effekt ab. Bei einigen Materialien wie InP und GaAs nimmt die Elektronenmobilität gleichzeitig ab, sobald ein Schwellenwert durch ein elektrisches Feld innerhalb des Materials erreicht wird. Wenn das elektrische Feld zunimmt, wird ein negativer Widerstand erzeugt. Sobald die Intensität eines elektrischen Felds für GaAs-Material ihren signifikanten Wert an der negativen Elektrode erreicht, kann ein Bereich mit geringer Elektronenbeweglichkeit gebildet werden. Dieser Bereich bewegt sich durch die durchschnittliche Elektronengeschwindigkeit zur +Ve-Elektrode. Die Gunn-Diode enthält einen negativen Widerstandsbereich in ihren CV-Eigenschaften. Sobald der signifikante Wert durch die negative GaAs-Elektrode erreicht ist, gibt es einen Bereich durch die Mobilität geringer Elektronen. Danach verschiebt es sich zur positiven Elektrode. Sobald es durch die positive Elektrode auf der negativen Elektrode auf eine starke elektrische Felddomäne trifft, beginnt sich ein zyklischer Typ des Bereichs für eine geringere Elektronenmobilität sowie das hohe elektrische Feld wieder aufzubauen. Die zyklische Natur dieses Vorfalls erzeugt Schwingungen mit 100-GHz-Frequenzen. Sobald dieser Wert überschritten wird, beginnen die Schwingungen schnell zu verschwinden.EigenschaftenDie Gunn-Dioden-Eigenschaften zeigen einen negativen Widerstandsbereich auf ihrer VI-Kennlinie, die unten gezeigt wird. Dieser Bereich ermöglicht es der Diode, Signale zu verstärken, sodass sie in Oszillatoren und Verstärkern verwendet werden kann. Am häufigsten werden jedoch die Gunn-Dioden-Oszillatoren verwendet.Eigenschaften der Gunn-Diode Hier ist der negative Widerstandsbereich in der Gunn-Diode nichts, aber sobald der Stromfluss zunimmt, sinkt die Spannung. Diese Phasenumkehrung ermöglicht es der Diode, wie ein Oszillator und ein Verstärker zu arbeiten. Der Stromfluss in dieser Diode nimmt durch die Gleichspannung zu. An einem bestimmten Ende beginnt der Stromfluss abzunehmen, daher wird dies als Spitzenpunkt oder Schwellenpunkt bezeichnet. Sobald der Schwellenpunkt überschritten wird, beginnt der Stromfluss zu verringern, um einen negativen Widerstandsbereich innerhalb der Diode zu erzeugen.Betriebsarten der Gunn-Diode Der Betrieb einer Gunn-Diode kann in vier Modi erfolgen, darunter die folgenden.Gunn Oscillation ModeStable Amplification ModeLSA Oscillation ModeBias Circuit Oscillation ModeGunn Oscillation ModeGunn Oszillationsmode kann in dem Bereich definiert werden, wo die Summe der Frequenzen mit 107 cm/s Längen multipliziert werden kann. Die Dotierungssumme kann mit der Länge multipliziert werden, die höher als 1012/cm2 ist. In diesem Bereich ist die Diode aufgrund der zyklischen Bildung der Hochfelddomäne und der Akkumulationsschicht nicht stabil. Stabiler Verstärkungsmodus Diese Art von Modus kann in dem Bereich definiert werden, in dem die Summe von Frequenz mal Länge 107 cm / s beträgt und die Dotierungsproduktlänge für Zeitbereiche von 1011 & 1012/cm2.LSA OszillationsmodusDiese Art von Mode kann in dem Bereich definiert werden, in dem die Summe der Frequenzlängen 107 cm/s beträgt und der Dotierungsquotient durch die Frequenzbereiche geteilt werden kann von 2×104 & 2×105.Bias Circuit Oscillation ModeDiese Art von Mode tritt einfach auf, wenn entweder LSA- oder Gunn-Oszillation stattfindet. Im Allgemeinen ist dies der Bereich, in dem das Zeitlängenprodukt der Frequenz sehr klein ist, um innerhalb der Figur zu erscheinen. Sobald die Vorspannung einer Bulk-Diode auf den Schwellenwert erfolgt ist, fällt der durchschnittliche Strom plötzlich ab, wenn die Schwingung von Gunn beginnt. Die Anwendung des Gunn-Diodendiagramms zeigt einen negativen Widerstandsbereich. Der negative Widerstand durch Streukapazität und Leitungsinduktivität kann zu Schwingungen führen.Gunn-Dioden-OszillatorschaltungIn den meisten Fällen enthalten die Relaxationsschwingungen eine große Amplitude, die die Diode beschädigt. Daher wird ein großer Kondensator über der Diode verwendet, um diesen Fehler zu vermeiden. Diese Eigenschaft wird hauptsächlich verwendet, um Oszillatoren bei oberen Frequenzen zu entwickeln, die von GHz- bis THz-Bändern reichen. Hier kann die Frequenz durch Hinzufügen eines Resonators gesteuert werden. In der obigen Schaltung ist das konzentrierte Schaltungsäquivalent ein Wellenleiter oder eine koaxiale Übertragungsleitung. Hier sind GaAs-Gunn-Dioden für den Betrieb im Bereich von 10 GHz – 200 GHz bei 5 MW – 65 MW Leistung zugänglich. Diese Dioden können auch als Verstärker verwendet werden.VorteileZu den Vorteilen der Gunn-Diode gehören die folgenden.Diese Diode ist in kleiner Größe erhältlich und tragbarDie Kosten dieser Diode sind geringerBei hohen Frequenzen ist diese Diode stabil und zuverlässigSie besitzt ein verbessertes Rausch-To -Signalverhältnis (NSR), da es vor Rauschbelästigung geschützt ist.Es enthält eine hohe BandbreiteNachteileDie Nachteile der Gunn-Diode sind die folgenden.Die Temperaturstabilität dieser Diode ist schlechtDer Betriebsstrom dieses Geräts, daher ist die Verlustleistung hoch.Die Gunn-Diode Die Effizienz ist unter 10 GHz niedrig. Schalten Sie die Spannung dieses Geräts hoch ein FM-Rauschen ist für bestimmte Anwendungen hochDer Abstimmungsbereich ist hoch AnwendungenDie Anwendungen der Gunn-Diode umfassen Folgendes. Diese Dioden werden als Oszillatoren und Verstärker verwendet. Sie werden in der Mikroelektronik wie Steuergeräten verwendet .Diese werden in militärischen, kommerziellen Radarquellen und in der Funkkommunikation verwendet. Diese Diode wird in gepulsten Gunn-Dioden-Genen verwendet ratoren.In der Mikroelektronik werden diese Dioden als schnelle Steuergeräte für die Laserstrahlmodulation verwendet.Verwendet in Polizeiradaren.Diese Dioden sind in Tachometern anwendbar.Sie werden als Pumpquellen in parametrischen Verstärkern verwendet und Fußgängersicherheit usw. Es wird in Nonstop-Wellen-Doppler-Radaren verwendet. Es wird häufig in Sendern von Mikrowellenrelais-Datenverbindungen verwendet. Es wird in elektronischen Oszillatoren zur Erzeugung von Mikrowellenfrequenzen verwendet. Diese Diodentypen werden auch als TED (Transferred Electronic Device) bezeichnet. Diese werden in der Regel für hochfrequente Schwingungen verwendet. Hier ist eine Frage an Sie, was ist Gunn Effect?

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