Gunn Diode คืออะไร: การก่อสร้างและการทำงาน

ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ GaAs อิเล็กตรอนมีอยู่ในสองสถานะ เช่น ความเร็วต่ำที่มีมวลสูง และความเร็วสูงที่มีมวลต่ำ ด้วยความต้องการสนามไฟฟ้าที่เพียงพอ อิเล็กตรอนจึงถูกบังคับให้ย้ายจากสถานะมวลต่ำไปเป็นสถานะมวลสูง ที่สถานะเฉพาะนี้ อิเล็กตรอนสามารถสร้างกลุ่มและเคลื่อนที่ในอัตราที่สม่ำเสมอซึ่งอาจทำให้กระแสไหลเป็นชุดของพัลส์ได้ ดังนั้นสิ่งนี้จึงเรียกว่า Gunn Effect ซึ่งใช้โดย Gunn diodes ไดโอดเหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่ดีที่สุดและใช้ได้บ่อยที่สุดจากตระกูล TED (อุปกรณ์อิเล็กตรอนที่ถ่ายโอน) ไดโอดประเภทนี้ใช้เช่นตัวแปลง DC เป็นไมโครเวฟที่มีคุณสมบัติต้านทานเชิงลบของ GaAs จำนวนมาก (Gallium Arsenide) และต้องการแหล่งจ่ายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้าทั่วไปและมีเสถียรภาพ มีอิมพีแดนซ์น้อยกว่าเพื่อให้สามารถขจัดวงจรที่ซับซ้อนได้ บทความนี้กล่าวถึงภาพรวมของไดโอดกันน์ ไดโอดกันน์คืออะไร ไดโอดกันน์ผลิตด้วยเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N เนื่องจากประกอบด้วยตัวพาประจุส่วนใหญ่ เช่น อิเล็กตรอน ไดโอดนี้ใช้คุณสมบัติความต้านทานเชิงลบเพื่อผลิตกระแสที่ความถี่สูง ไดโอดนี้ใช้เป็นหลักในการผลิตสัญญาณไมโครเวฟประมาณ 1 GHz และความถี่ RF ประมาณ 100 GHz ไดโอด Gunn เรียกอีกอย่างว่า TED (อุปกรณ์อิเล็กตรอนที่ถ่ายโอน) แม้ว่าจะเป็นไดโอด แต่อุปกรณ์ไม่มีจุดเชื่อมต่อ PN แต่มีเอฟเฟกต์ที่เรียกว่า Gunn Effect Gunn Diode เอฟเฟกต์นี้ตั้งชื่อตามนักประดิษฐ์ชื่อ JB Gunn ไดโอดเหล่านี้ใช้งานง่ายมาก โดยสร้างเทคนิคต้นทุนต่ำเพื่อสร้างสัญญาณ RF ของไมโครเวฟ ซึ่งมักถูกวางไว้ในท่อนำคลื่นเพื่อสร้างช่องเรโซแนนซ์ที่ง่าย สัญลักษณ์ไดโอด Gunn แสดงอยู่ด้านล่างการสร้างสัญลักษณ์ Gunn Diode การสร้างไดโอด Gunn สามารถทำได้ด้วยเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N วัสดุที่ใช้บ่อยที่สุดคือ GaAs (แกลเลียมอาร์เซไนด์) & InP (อินเดียมฟอสไฟด์) และวัสดุอื่น ๆ ถูกนำมาใช้เช่น Ge, ZnSe, InAs, CdTe, InSb จำเป็นต้องใช้วัสดุประเภท n เนื่องจากผลกระทบของ อิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายโอนนั้นมีความเหมาะสมกับอิเล็กตรอนและไม่ใช่รูที่พบในวัสดุประเภท p ในเครื่องนี้มี 3 ส่วนหลักๆ เรียกว่า บริเวณด้านบน ด้านล่าง และตรงกลางการก่อสร้าง วิธีทั่วไปในการผลิตไดโอดนี้คือการเติบโต & ชั้น epitaxial บนซับสเตรต n+ ที่เสื่อมสภาพ ความหนาของชั้นที่ใช้งานมีตั้งแต่ไม่กี่ไมครอนถึง 100 ไมครอน และระดับยาสลบของชั้นนี้มีตั้งแต่ 1014 ซม.-3 ถึง 1016 ซม.-3 แต่ระดับยาสลบนี้ต่ำมากซึ่งใช้สำหรับบริเวณด้านบนและด้านล่างของอุปกรณ์ ขึ้นอยู่กับความถี่ที่ต้องการ ความหนาจะเปลี่ยนไป การสะสมของชั้น n+ สามารถทำได้ในทางเอพิเทเชียลมิฉะนั้นถูกเจือผ่านการปลูกฝังไอออน ทั้งพื้นที่ของอุปกรณ์นี้ เช่น บนและล่าง ถูกเจือด้วยวัสดุ n+ สิ่งนี้ทำให้บริเวณที่มีการนำไฟฟ้าสูงซึ่งจำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อไปยังอุปกรณ์ โดยทั่วไป อุปกรณ์เหล่านี้จะถูกวางไว้บนการสนับสนุนสำหรับการเชื่อมต่อของสายไฟ ส่วนรองรับนี้ยังสามารถทำงานเหมือนแผ่นระบายความร้อนซึ่งเป็นอันตรายต่อการระบายความร้อน การเชื่อมต่อขั้วอื่นของไดโอดสามารถทำได้ผ่านการเชื่อมต่อสีทองที่วางอยู่บนพื้นผิวจุดสุดยอด ที่นี่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อทองคำเนื่องจากมีการนำไฟฟ้าและความเสถียรสัมพัทธ์สูง ขณะทำการผลิต อุปกรณ์วัสดุควรปราศจากข้อบกพร่อง & ยังรวมถึงช่วงของยาสลบที่สอดคล้องกันอย่างมาก การทำงานของ Gunn Diode หลักการทำงานของ Gunn diode ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับผลของ Gunn ในวัสดุบางชนิด เช่น InP & GaAs เมื่อถึงระดับธรณีประตูผ่านสนามไฟฟ้าภายในวัสดุ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะลดลงพร้อมกัน เมื่อสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ความต้านทานเชิงลบจะถูกสร้างขึ้น เมื่อความเข้มของสนามไฟฟ้าสำหรับวัสดุ GaAs ถึงค่าที่มีนัยสำคัญบนอิเล็กโทรดเชิงลบ ก็จะสามารถสร้างขอบเขตการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนต่ำได้ บริเวณนี้เคลื่อนที่ผ่านความเร็วเฉลี่ยของอิเล็กตรอนไปยังอิเล็กโทรด +Ve ไดโอดกันน์มีขอบเขตความต้านทานเชิงลบในลักษณะของ CV เมื่อได้ค่าที่มีนัยสำคัญผ่านอิเล็กโทรด GaAs เชิงลบ แล้วจะมีบริเวณที่เคลื่อนที่ผ่านอิเล็กตรอนต่ำได้ หลังจากนั้นก็จะเปลี่ยนเป็นขั้วบวก เมื่อมันตรงกับโดเมนสนามไฟฟ้าแรงผ่านขั้วบวกบนขั้วลบ จากนั้นประเภทวงจรของภูมิภาคสำหรับการเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนน้อยลงเช่นเดียวกับสนามไฟฟ้าสูงจะเริ่มสร้างใหม่ ลักษณะวัฏจักรของเหตุการณ์นี้ทำให้เกิดการสั่นที่ความถี่ 100 GHz เมื่อค่านี้เกินค่านี้ การแกว่งจะเริ่มหายไปอย่างรวดเร็ว ลักษณะเฉพาะของ Gunn diode แสดงพื้นที่ความต้านทานเชิงลบบนเส้นโค้งลักษณะ VI ที่แสดงด้านล่าง ดังนั้นบริเวณนี้จึงอนุญาตให้ไดโอดขยายสัญญาณ ดังนั้นจึงสามารถใช้ในออสซิลเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์ได้ แต่ Gunn diode oscillators ถูกใช้บ่อยที่สุดลักษณะของ Gunn Diode ที่นี่พื้นที่ต้านทานเชิงลบใน Gunn diode นั้นไม่มีอะไรเลย แต่เมื่อกระแสเพิ่มขึ้นแรงดันจะลดลง เฟสย้อนกลับนี้ช่วยให้ไดโอดทำงานเหมือนออสซิลเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์ การไหลของกระแสในไดโอดนี้เพิ่มขึ้นผ่านแรงดันไฟตรง ที่จุดสิ้นสุดเฉพาะ การไหลของกระแสจะเริ่มลดลง ดังนั้นจึงเรียกว่าจุดพีคหรือจุดธรณีประตู เมื่อข้ามจุดธรณีประตูแล้ว การไหลของกระแสจะเริ่มลดลงเพื่อสร้างขอบเขตความต้านทานเชิงลบภายในไดโอด โหมดการทำงานของ Gunn Diode การทำงานของ Gunn Diode สามารถทำได้ในสี่โหมดซึ่งรวมถึงโหมดต่อไปนี้ Gunn Oscillation ModeStable Amplification ModeLSA Oscillation Modeโหมด Bias Circuit Oscillation โหมดGunn Oscillation โหมดGunn oscillation สามารถกำหนดได้ในพื้นที่ใดก็ตามที่ผลรวมของความถี่สามารถคูณด้วยความยาว 107 ซม./วินาที ผลรวมของยาสลบสามารถคูณความยาวได้สูงกว่า 1012/cm2 ในภูมิภาคนี้ ไดโอดไม่เสถียรเนื่องจากการก่อตัวของวัฏจักรทั้งโดเมนสนามสูงและชั้นการสะสม โหมดการขยายที่เสถียร โหมดประเภทนี้สามารถกำหนดได้ในพื้นที่ใดก็ตามที่ผลรวมของความถี่ คูณ ความยาว 107 ซม./วินาที และ ความยาวของผลิตภัณฑ์ยาสลบสำหรับช่วงเวลาตั้งแต่ 1011 & 1012/cm2.LSA Oscillation Mode โหมดประเภทนี้สามารถกำหนดได้ในพื้นที่ที่ผลรวมของเวลาความยาวของความถี่คือ 107 ซม./วินาที & ผลหารของยาสลบสามารถแบ่งผ่านความถี่เป็นช่วง จาก 2×104 & 2×105.Bias Circuit Oscillation Mode โหมดนี้จะเกิดขึ้นเมื่อมี LSA หรือ Gunn oscillation โดยทั่วไป จะเป็นพื้นที่ที่ผลคูณของความถี่ของเวลามีขนาดเล็กมากที่จะปรากฏในรูป เมื่อการให้น้ำหนักของไดโอดจำนวนมากถึงเกณฑ์ กระแสเฉลี่ยจะลดลงอย่างกะทันหันเมื่อการสั่นของ Gunn เริ่มต้นขึ้น วงจรออสซิลเลเตอร์ของ Gunn Diode แผนภาพวงจรของวงจร Gunn diode oscillator แสดงอยู่ด้านล่าง การประยุกต์ใช้แผนภาพไดโอด Gunn แสดงขอบเขตความต้านทานเชิงลบ ความต้านทานเชิงลบผ่านความจุจรจัดและการเหนี่ยวนำของตะกั่วอาจส่งผลให้เกิดการสั่นวงจรออสซิลเลเตอร์ Gunn Diode ในกรณีส่วนใหญ่ การสั่นแบบคลายตัวจะรวมถึงแอมพลิจูดขนาดใหญ่ซึ่งจะทำให้ไดโอดเสียหาย ดังนั้นจึงใช้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ข้ามไดโอดเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวนี้ ลักษณะนี้ใช้เป็นหลักในการออกแบบออสซิลเลเตอร์ที่ความถี่สูงซึ่งมีช่วงตั้งแต่แถบความถี่ GHz ถึง THz ที่นี่สามารถควบคุมความถี่ได้โดยการเพิ่มเรโซเนเตอร์ ในวงจรข้างต้น วงจรแบบก้อนที่เทียบเท่ากันคือท่อนำคลื่นหรือสายส่งโคแอกเซียล ในที่นี้ ไดโอด GaAs Gunn สามารถเข้าถึงได้สำหรับการทำงานซึ่งมีช่วงตั้งแต่ 10 GHz – 200 GHz ที่กำลังไฟ 5 MW – 65 MW ไดโอดเหล่านี้สามารถใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์ได้ด้วยข้อดีของไดโอด Gunn มีดังต่อไปนี้ ไดโอดนี้มีขนาดเล็กและพกพาได้ทำให้ต้นทุนของไดโอดนี้น้อยลง ที่ความถี่สูง ไดโอดนี้มีความเสถียรและเชื่อถือได้ มีเสียงรบกวนที่ดีขึ้น -อัตราส่วนสัญญาณ (NSR) เนื่องจากได้รับการปกป้องจากสัญญาณรบกวน มีแบนด์วิดท์สูง ข้อเสียของ Gunn diode ได้แก่ ความเสถียรของอุณหภูมิของไดโอดนี้ไม่ดี กระแสไฟในการทำงานของอุปกรณ์นี้จึงกระจายพลังงานสูง Gunn diode ประสิทธิภาพต่ำกว่า 10GHz ต่ำ เปิดแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์นี้สูงเสียง FM สูงสำหรับการใช้งานเฉพาะช่วงการปรับจูนสูง การใช้งานของ Gunn diode มีดังต่อไปนี้ ไดโอดเหล่านี้ใช้เป็นออสซิลเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์ มันถูกใช้ในไมโครอิเล็กทรอนิกส์เช่นอุปกรณ์ควบคุม . เหล่านี้ใช้ในทางการทหาร แหล่งเรดาร์เชิงพาณิชย์ และการสื่อสารทางวิทยุ ไดโอดนี้ใช้ในยีนพัลซิ่ง Gunn ไดโอด เรเตอร์ ในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ไดโอดเหล่านี้ถูกใช้เป็นอุปกรณ์ควบคุมอย่างรวดเร็วสำหรับการปรับลำแสงเลเซอร์ ใช้ในเรดาร์ของตำรวจ ไดโอดเหล่านี้ใช้ได้กับเครื่องวัดวามเร็ว มันถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดปั๊มภายในแอมพลิฟายเออร์พาราเมตริก ใช้ในเซ็นเซอร์เพื่อตรวจจับระบบต่างๆ เช่น การเปิดประตู การตรวจจับการบุกรุก และความปลอดภัยทางเท้า ฯลฯ ใช้ในเรดาร์ดอปเปลอร์เวฟแบบดุ๊กดิ๊ก มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องส่งสัญญาณของดาต้าลิงค์รีเลย์ไมโครเวฟ มันถูกใช้ในออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับสร้างความถี่ไมโครเวฟ ดังนั้น นี่คือทั้งหมดที่เกี่ยวกับภาพรวมของไดโอดกันน์และการทำงาน ไดโอดประเภทนี้เรียกอีกอย่างว่า TED (Transferred Electronic Device) โดยทั่วไปจะใช้สำหรับการสั่นที่มีความถี่สูง นี่คือคำถามสำหรับคุณ Gunn Effect คืออะไร?

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ