Τι είναι το Gunn Diode: Construction & Its Working

Στα υλικά ημιαγωγών GaAs, τα ηλεκτρόνια είναι παρόντα σε δύο καταστάσεις, όπως υψηλή μάζα χαμηλή ταχύτητα και χαμηλή μάζα υψηλή ταχύτητα. Με την απαίτηση ενός επαρκούς ηλεκτρικού πεδίου, τα ηλεκτρόνια αναγκάζονται να μετακινηθούν από μια κατάσταση χαμηλής μάζας σε μια κατάσταση υψηλής μάζας. Σε αυτή τη συγκεκριμένη κατάσταση, τα ηλεκτρόνια μπορούν να σχηματίσουν μια ομάδα και να κινούνται με σταθερό ρυθμό που μπορεί να προκαλέσει τη ροή ρεύματος σε μια σειρά παλμών. Αυτό λοιπόν είναι γνωστό ως Gunn Effect που χρησιμοποιείται από τις διόδους Gunn. Αυτές οι δίοδοι είναι οι καλύτερες και πιο συχνά διαθέσιμες συσκευές από την οικογένεια TED (συσκευές μεταφερόμενων ηλεκτρονίων). Αυτοί οι τύποι διόδων χρησιμοποιούνται όπως οι μετατροπείς συνεχούς ρεύματος σε μικροκύματα με τα χαρακτηριστικά αρνητικής αντίστασης των χύδην GaAs (αρσενίδιο του γαλλίου) και χρειάζονται μια τυπική, σταθερή τροφοδοσία τάσης, λιγότερη σύνθετη αντίσταση, ώστε να μπορεί να εξαλειφθεί πολύπλοκα κυκλώματα. Αυτό το άρθρο περιγράφει μια επισκόπηση μιας διόδου Gunn. Τι είναι μια δίοδος Gunn; Η δίοδος Gunn κατασκευάζεται με ημιαγωγό τύπου Ν, επειδή περιλαμβάνει τους περισσότερους φορείς φορτίου όπως τα ηλεκτρόνια. Αυτή η δίοδος χρησιμοποιεί την ιδιότητα αρνητικής αντίστασης για να παράγει ρεύμα σε υψηλές συχνότητες. Αυτή η δίοδος χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή σημάτων μικροκυμάτων γύρω στο 1 GHz & συχνότητες RF γύρω στα 100 GHz. Οι δίοδοι Gunn είναι επίσης γνωστές ως TED (συσκευές μεταφερόμενων ηλεκτρονίων). Παρόλο που είναι δίοδος, οι συσκευές δεν έχουν διασταύρωση PN αλλά περιλαμβάνουν ένα εφέ που ονομάζεται εφέ Gunn. Gunn DiodeΑυτό το εφέ ονομάστηκε με βάση τον εφευρέτη, τον JB Gunn. Αυτές οι δίοδοι είναι πολύ απλές στη χρήση, αποτελούν μια τεχνική χαμηλού κόστους για τη δημιουργία σημάτων ραδιοσυχνοτήτων μικροκυμάτων, που συχνά τοποθετούνται σε έναν κυματοδηγό για να δημιουργήσουν μια εύκολη κοιλότητα συντονισμού. Το σύμβολο της διόδου Gunn φαίνεται παρακάτω.Σύμβολο Κατασκευή διόδου GunnΗ κατασκευή της διόδου Gunn μπορεί να γίνει με ημιαγωγό τύπου Ν. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται πιο συχνά είναι τα GaAs (αρσενίδιο του γαλλίου) και το InP (φωσφίδιο ινδίου) και άλλα υλικά έχουν χρησιμοποιηθεί όπως Ge, ZnSe, InAs, CdTe, InSb. Είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί υλικό τύπου n επειδή η επίδραση του Το μεταφερόμενο ηλεκτρόνιο είναι απλώς κατάλληλο για ηλεκτρόνια και όχι για οπές που βρίσκονται σε υλικό τύπου p. Σε αυτή τη συσκευή, υπάρχουν 3 κύριες περιοχές που ονομάζονται πάνω, κάτω και μεσαίες περιοχές.ΚατασκευήΗ γενική μέθοδος για την κατασκευή αυτής της διόδου είναι η ανάπτυξη & επιταξιακή στρώση σε ένα εκφυλισμένο n+ υπόστρωμα. Το πάχος του ενεργού στρώματος κυμαίνεται από λίγα μικρά έως 100 μικρά και το επίπεδο ντόπινγκ αυτού του στρώματος κυμαίνεται από 1014 cm-3 έως 1016 cm-3. Αλλά αυτό το επίπεδο ντόπινγκ είναι σημαντικά χαμηλό, το οποίο χρησιμοποιείται για τις πάνω και κάτω περιοχές της συσκευής. Με βάση την απαιτούμενη συχνότητα, το πάχος θα αλλάξει. Η εναπόθεση της στιβάδας n+ μπορεί να γίνει επιταξιακά, αλλιώς ντοπαρισμένη μέσω εμφύτευσης ιόντων. Και οι δύο περιοχές αυτής της συσκευής, όπως το πάνω και το κάτω μέρος, είναι κολλημένες σε βάθος για να παρέχουν n+ υλικό. Αυτό δίνει τις απαραίτητες περιοχές υψηλής αγωγιμότητας που απαιτούνται για τις συνδέσεις προς τη συσκευή. Γενικά, αυτές οι συσκευές τοποθετούνται σε αγώγιμο στήριγμα στο οποίο γίνεται η σύνδεση ενός σύρματος. Αυτό το στήριγμα μπορεί επίσης να λειτουργήσει σαν ψύκτρα που είναι επικίνδυνο να αφαιρέσει τη θερμότητα. Η άλλη σύνδεση ακροδεκτών της διόδου μπορεί να γίνει μέσω μιας χρυσής σύνδεσης που εναποτίθεται στην επιφάνεια της κορυφής. Εδώ η χρυσή σύνδεση είναι απαραίτητη λόγω της υψηλής αγωγιμότητας & της σχετικής σταθερότητας. Κατά την κατασκευή, η συσκευή υλικού θα πρέπει να είναι χωρίς ελαττώματα και να περιλαμβάνει επίσης ένα εξαιρετικά συνεπές φάσμα ντόπινγκ. Λειτουργία διόδου GunnΗ αρχή λειτουργίας μιας διόδου Gunn εξαρτάται κυρίως από το φαινόμενο Gunn. Σε ορισμένα υλικά όπως τα InP & GaAs, μόλις επιτευχθεί ένα επίπεδο κατωφλίου μέσω ενός ηλεκτρικού πεδίου μέσα στο υλικό, τότε η κινητικότητα των ηλεκτρονίων θα μειωθεί ταυτόχρονα. Όταν το ηλεκτρικό πεδίο ενισχύεται, τότε θα δημιουργηθεί αρνητική αντίσταση. Μόλις η ένταση ενός ηλεκτρικού πεδίου για το υλικό GaAs φτάσει τη σημαντική του τιμή στο αρνητικό ηλεκτρόδιο, τότε μπορεί να σχηματιστεί περιοχή χαμηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων. Αυτή η περιοχή κινείται μέσω της μέσης ταχύτητας ηλεκτρονίων προς το ηλεκτρόδιο +Ve. Η δίοδος Gunn περιλαμβάνει μια περιοχή αρνητικής αντίστασης στα χαρακτηριστικά CV της. Μόλις επιτευχθεί η σημαντική τιμή μέσω του αρνητικού ηλεκτροδίου GaAs, τότε θα υπάρξει μια περιοχή μέσω της κινητικότητας των χαμηλών ηλεκτρονίων. Μετά από αυτό, θα μετατοπιστεί στο θετικό ηλεκτρόδιο. Μόλις συναντήσει μια περιοχή ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου μέσω του θετικού ηλεκτροδίου στο αρνητικό ηλεκτρόδιο, τότε ένας κυκλικός τύπος της περιοχής για λιγότερη κινητικότητα ηλεκτρονίων καθώς και το υψηλό ηλεκτρικό πεδίο θα αρχίσει να ξαναδημιουργείται. Η κυκλική φύση αυτού του περιστατικού παράγει ταλαντώσεις με συχνότητες 100 GHz. Μόλις υπερβεί αυτή η τιμή, τότε οι ταλαντώσεις θα αρχίσουν να εξαφανίζονται γρήγορα. ΧαρακτηριστικάΤα χαρακτηριστικά της διόδου Gunn δείχνουν μια περιοχή αρνητικής αντίστασης στη χαρακτηριστική καμπύλη VI της που φαίνεται παρακάτω. Έτσι αυτή η περιοχή επιτρέπει στη δίοδο να ενισχύει σήματα, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ταλαντωτές & ενισχυτές. Όμως, οι ταλαντωτές διόδου Gunn χρησιμοποιούνται συχνότερα.Χαρακτηριστικά της Gunn DiodeΕδώ, η περιοχή αρνητικής αντίστασης στη δίοδο Gunn δεν είναι παρά μόνο όταν αυξηθεί η ροή του ρεύματος τότε η τάση πέφτει. Αυτή η αντίστροφη φάση επιτρέπει στη δίοδο να λειτουργεί σαν ταλαντωτής & ενισχυτής. Η ροή του ρεύματος σε αυτή τη δίοδο αυξάνεται μέσω της τάσης DC. Σε ένα συγκεκριμένο άκρο, η ροή του ρεύματος θα αρχίσει να μειώνεται, επομένως αυτό ονομάζεται σημείο αιχμής ή σημείο κατωφλίου. Μόλις ξεπεραστεί το κατώφλι, τότε η ροή του ρεύματος θα αρχίσει να μειώνεται για να δημιουργηθεί μια περιοχή αρνητικής αντίστασης μέσα στη δίοδο. Τρόποι λειτουργίας της διόδου GunnΗ λειτουργία μιας διόδου Gunn μπορεί να γίνει σε τέσσερις τρόπους λειτουργίας που περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.Τρόπος ταλάντωσης GunnStable Amplification ModeLSA Oscillation ModeBias Circuit Oscillation ModeGunn Oscillation ModeGunn Η λειτουργία ταλάντωσης ModeGunn μπορεί να οριστεί στην περιοχή όπου το άθροισμα της συχνότητας μπορεί να πολλαπλασιαστεί με μήκη 107 cm/s. Το άθροισμα του ντόπινγκ μπορεί να πολλαπλασιαστεί κατά μήκος είναι μεγαλύτερο από 1012/cm2. Σε αυτήν την περιοχή, η δίοδος δεν είναι σταθερή λόγω του σχηματισμού κυκλικού είτε της περιοχής υψηλού πεδίου και του στρώματος συσσώρευσης. Λειτουργία σταθερής ενίσχυσης Αυτό το είδος λειτουργίας μπορεί να οριστεί στην περιοχή όπου το άθροισμα των χρόνων συχνότητας είναι 107 cm/sec & το Το μήκος του προϊόντος ντόπινγκ για το χρόνο κυμαίνεται από 1011 & 1012/cm2. Λειτουργία ταλάντωσης LSA Αυτό το είδος λειτουργίας μπορεί να οριστεί στην περιοχή όπου το άθροισμα των χρόνων του μήκους της συχνότητας είναι 107 cm/s και το πηλίκο ντόπινγκ μπορεί να διαιρεθεί μέσω των περιοχών συχνότητας από 2×104 & 2×105. Λειτουργία ταλάντωσης κυκλώματος προκατάληψης Αυτός ο τύπος λειτουργίας συμβαίνει απλώς όταν υπάρχει ταλάντωση LSA ή Gunn. Γενικά, είναι η περιοχή όπου το γινόμενο συχνότητας του χρόνου είναι πολύ μικρό για να εμφανίζεται στο σχήμα. Μόλις η πόλωση μιας διόδου χύδην γίνει στο κατώφλι, τότε το μέσο ρεύμα πέφτει ξαφνικά όταν ξεκινά η ταλάντωση του Gunn. Κύκλωμα ταλαντωτή διόδου GunnΤο διάγραμμα κυκλώματος του κυκλώματος ταλαντωτή διόδου Gunn φαίνεται παρακάτω. Η εφαρμογή του διαγράμματος διόδου Gunn δείχνει μια περιοχή αρνητικής αντίστασης. Η αρνητική αντίσταση μέσω της αδέσποτης χωρητικότητας και της αυτεπαγωγής του μολύβδου μπορεί να οδηγήσει σε ταλαντώσεις.Κύκλωμα ταλαντωτή διόδου Gunn Στις περισσότερες περιπτώσεις, το είδος χαλάρωσης των ταλαντώσεων θα περιλαμβάνει τεράστιο πλάτος που θα καταστρέψει τη δίοδο. Έτσι, χρησιμοποιείται ένας μεγάλος πυκνωτής κατά μήκος της διόδου για να αποφευχθεί αυτή η αστοχία. Αυτό το χαρακτηριστικό χρησιμοποιείται κυρίως για το σχεδιασμό ταλαντωτών σε ανώτερες συχνότητες που κυμαίνονται από ζώνες GHz έως THz. Εδώ, η συχνότητα μπορεί να ελεγχθεί με την προσθήκη αντηχείου. Στο παραπάνω κύκλωμα, το ισοδύναμο κυκλώματος ομαδοποιημένου κυκλώματος είναι ένας κυματοδηγός ή ομοαξονική γραμμή μετάδοσης. Εδώ, οι δίοδοι GaAs Gunn είναι προσβάσιμες για λειτουργία που κυμαίνεται από 10 GHz – 200 GHz σε ισχύ 5 MW – 65 MW. Αυτές οι δίοδοι μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως ενισχυτές.ΠλεονεκτήματαΤα πλεονεκτήματα της διόδου Gunn περιλαμβάνουν τα ακόλουθα. Αυτή η δίοδος είναι διαθέσιμη σε μικρό μέγεθος και φορητήΚάνοντας το κόστος αυτής της διόδου είναι μικρότεροΣε υψηλές συχνότητες, αυτή η δίοδος είναι σταθερή και αξιόπιστη Διαθέτει βελτιωμένο θόρυβο -αναλογία σήματος (NSR) επειδή προστατεύεται από ενοχλήσεις θορύβου. Περιλαμβάνει υψηλό εύρος ζώνηςΜειονεκτήματαΤα μειονεκτήματα της διόδου Gunn περιλαμβάνουν τα ακόλουθα. Η σταθερότητα θερμοκρασίας αυτής της διόδου είναι κακήΤο ρεύμα λειτουργίας αυτής της συσκευής, επομένως η απαγωγή ισχύος είναι υψηλή. Η δίοδος Gunn Η απόδοση είναι χαμηλή κάτω από 10 GHz. Ενεργοποιήστε την τάση αυτής της συσκευής είναι υψηλή Ο θόρυβος FM είναι υψηλός για συγκεκριμένες εφαρμογέςΤο εύρος συντονισμού είναι υψηλό ΕφαρμογέςΟι εφαρμογές της διόδου Gunn περιλαμβάνουν τα ακόλουθα. Αυτές οι δίοδοι χρησιμοποιούνται ως ταλαντωτές και ενισχυτές. Χρησιμοποιείται σε μικροηλεκτρονική όπως εξοπλισμό ελέγχου Χρησιμοποιούνται σε στρατιωτικές, εμπορικές πηγές ραντάρ και ραδιοεπικοινωνίες. Αυτή η δίοδος χρησιμοποιείται σε γεννήτριες παλμικών διόδων Gunn. Στη μικροηλεκτρονική, αυτές οι δίοδοι χρησιμοποιούνται ως συσκευές γρήγορου ελέγχου για τη διαμόρφωση δέσμης λέιζερ. Χρησιμοποιούνται σε αστυνομικά ραντάρ. Αυτές οι δίοδοι ισχύουν σε στροφόμετραΧρησιμοποιείται ως πηγές αντλίας σε παραμετρικούς ενισχυτές Χρησιμοποιείται σε αισθητήρες για την ανίχνευση διαφορετικών συστημάτων όπως άνοιγμα πόρτας, ανίχνευση παραβίασης και ασφάλεια πεζών κ.λπ. Χρησιμοποιείται σε ραντάρ ασταμάτητων κυμάτων doppler. Χρησιμοποιείται ευρέως σε πομπούς σύνδεσης δεδομένων ρελέ μικροκυμάτων Χρησιμοποιείται στους ηλεκτρονικούς ταλαντωτές για τη δημιουργία συχνοτήτων μικροκυμάτων, λοιπόν, όλα αυτά αφορούν μια επισκόπηση της διόδου Gunn και της λειτουργίας της. Αυτοί οι τύποι διόδων ονομάζονται επίσης TED (Transferred Electronic Device). Γενικά, χρησιμοποιούνται για ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι το Gunn Effect;

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων