Qu'est-ce que la diode Gunn : la construction et son fonctionnement

Dans les matériaux semi-conducteurs GaAs, les électrons sont présents dans deux états comme une faible vitesse de masse élevée et une vitesse élevée de faible masse. Par la demande d'un champ électrique adéquat, les électrons sont obligés de passer d'un état de faible masse à un état de masse élevée. À cet état spécifique, les électrons peuvent former un groupe et se déplacer à une vitesse constante qui peut faire circuler le courant dans une série d'impulsions. C'est donc ce qu'on appelle l'effet Gunn qui est utilisé par les diodes Gunn. Ces diodes sont les meilleurs et les plus fréquemment disponibles des dispositifs de la famille TED (dispositifs à électrons transférés). Ces types de diodes sont utilisés comme des convertisseurs CC vers micro-ondes avec les caractéristiques de résistance négative du GaAs en vrac (arséniure de gallium) et ils nécessitent une alimentation en tension typique et stable, moins d'impédance afin que les circuits complexes puissent être éliminés. Cet article présente une vue d'ensemble d'une diode Gunn. Qu'est-ce qu'une diode Gunn ? La diode Gunn est fabriquée avec un semi-conducteur de type N car elle comprend des porteurs de charge majoritaires comme les électrons. Cette diode utilise la propriété de résistance négative pour produire du courant à haute fréquence. Cette diode est principalement utilisée pour produire des signaux micro-ondes autour de 1 GHz et des fréquences RF autour de 100 GHz. Les diodes Gunn sont également appelées TED (dispositifs à électrons transférés). Même s'il s'agit d'une diode, les appareils n'ont pas de jonction PN mais incluent un effet appelé effet Gunn. Gunn DiodeCet effet a été nommé en fonction de l'inventeur, à savoir JB Gunn. Ces diodes sont très simples à utiliser, elles constituent une technique peu coûteuse pour générer des signaux RF hyperfréquences, étant fréquemment placées dans un guide d'ondes pour réaliser une cavité résonante facile. Le symbole de la diode Gunn est illustré ci-dessous.Symbole Gunn Diode ConstructionLa fabrication de la diode Gunn peut être réalisée avec un semi-conducteur de type N. Les matériaux les plus fréquemment utilisés sont GaAs (arséniure de gallium) et InP (phosphure d'indium) et d'autres matériaux ont été utilisés comme Ge, ZnSe, InAs, CdTe, InSb. Il est essentiel d'utiliser un matériau de type n car l'effet de la l'électron transféré est simplement approprié aux électrons et non aux trous trouvés dans un matériau de type p. Dans cet appareil, il existe 3 régions principales appelées zones supérieure, inférieure et médiane.ConstructionLa méthode générale de fabrication de cette diode consiste à faire croître une couche épitaxiale sur un substrat dégénéré n+. L'épaisseur de la couche active va de quelques microns à 100 microns et le niveau de dopage de cette couche va de 1014cm-3 à 1016cm-3. Mais ce niveau de dopage est significativement faible, ce qui est utilisé pour les régions supérieure et inférieure de l'appareil. En fonction de la fréquence requise, l'épaisseur changera. Le dépôt de la couche n+ peut se faire par épitaxie sinon dopée par implantation ionique. Les deux zones de cet appareil, comme le haut et le bas, sont dopées en profondeur pour fournir un matériau n+. On obtient ainsi les zones de haute conductivité nécessaires aux connexions vers le dispositif. Généralement, ces dispositifs sont posés sur des supports conducteurs sur lesquels se fait la connexion d'un fil. Ce support peut également fonctionner comme un dissipateur thermique ce qui est dangereux pour évacuer la chaleur. L'autre connexion terminale de la diode peut être réalisée via une connexion en or qui est déposée sur la surface du pinacle. Ici, la connexion en or est nécessaire en raison de sa conductivité élevée et de sa stabilité relative. Lors de la fabrication, le dispositif matériel doit être exempt de défauts et inclure également une gamme de dopage extrêmement cohérente. Fonctionnement de la diode Gunn Le principe de fonctionnement d'une diode Gunn dépend principalement de l'effet Gunn. Dans certains matériaux comme l'InP et le GaAs, une fois qu'un niveau seuil est atteint grâce à un champ électrique à l'intérieur du matériau, la mobilité des électrons diminue simultanément. Lorsque le champ électrique augmente, une résistance négative est générée. Une fois que l'intensité d'un champ électrique pour le matériau GaAs atteint sa valeur significative sur l'électrode négative, une région de faible mobilité électronique peut être formée. Cette région se déplace à travers la vitesse moyenne des électrons jusqu'à l'électrode +Ve. La diode Gunn comprend une région de résistance négative sur ses caractéristiques CV. Une fois que la valeur significative est atteinte grâce à l'électrode négative de GaAs, il y aura alors une région grâce à la mobilité des électrons faibles. Après cela, il passera à l'électrode positive. Une fois qu'il rencontre un domaine de champ électrique fort à travers l'électrode positive sur l'électrode négative, un type cyclique de la région pour moins de mobilité des électrons ainsi que le champ électrique élevé commenceront à se recréer. La nature cyclique de cet incident produit des oscillations avec des fréquences de 100 GHz. Une fois cette valeur dépassée, les oscillations commenceront à disparaître rapidement. Caractéristiques Les caractéristiques de la diode Gunn montrent une zone de résistance négative sur sa courbe caractéristique VI illustrée ci-dessous. Ainsi, cette région permet à la diode d'amplifier les signaux, elle peut donc être utilisée dans des oscillateurs et des amplificateurs. Mais, les oscillateurs à diodes Gunn sont les plus fréquemment utilisés.Caractéristiques de la diode GunnIci, la zone de résistance négative dans la diode Gunn n'est rien d'autre qu'une fois que le flux de courant augmente, la tension chute. Cette inversion de phase permet à la diode de fonctionner comme un oscillateur et un amplificateur. Le flux de courant dans cette diode augmente à travers la tension continue. À une extrémité spécifique, le flux de courant commencera à diminuer, c'est ce qu'on appelle un point de crête ou un point de seuil. Une fois le point de seuil franchi, le flux de courant commencera à se réduire pour créer une région de résistance négative à l'intérieur de la diode. Modes de fonctionnement de la diode Gunn Le fonctionnement d'une diode Gunn peut être effectué selon quatre modes, notamment les suivants. Mode d'oscillation Gunn Amplification stable ModeLSA Oscillation ModeBias Circuit Oscillation ModeGunn Oscillation ModeLe mode d'oscillation Gunn peut être défini dans la zone où la somme des fréquences peut être multipliée par des longueurs de 107 cm/s. La somme du dopage peut être multipliée par la longueur est supérieure à 1012/cm2. Dans cette région, la diode n'est pas stable en raison de la formation cyclique du domaine à champ élevé et de la couche d'accumulation. Mode d'amplification stableCe type de mode peut être défini dans la zone où la somme de la fréquence fois la longueur est de 107 cm/sec longueur du produit dopant pour les plages de temps de 1011 et 1012/cm2.Mode d'oscillation LSA à partir de 107 × 2 et 104 × 2. Mode d'oscillation de circuit de polarisation Ce type de mode se produit simplement une fois qu'il y a une oscillation LSA ou Gunn. Généralement, c'est la zone où le produit de la fréquence et de la longueur du temps est très petit pour apparaître dans la figure. Une fois la polarisation d'une diode en vrac effectuée jusqu'au seuil, le courant moyen chute soudainement lorsque l'oscillation de Gunn démarre.Circuit d'oscillateur à diode GunnLe schéma de circuit du circuit oscillateur à diode Gunn est illustré ci-dessous. L'application du diagramme de diodes de Gunn montre une région de résistance négative. La résistance négative due à la capacité parasite et à l'inductance du plomb peut entraîner des oscillations.Circuit d'oscillateur à diode Gunn Dans la plupart des cas, le type d'oscillations de relaxation inclura une amplitude énorme qui endommagera la diode. Un gros condensateur est donc utilisé aux bornes de la diode pour éviter cette défaillance. Cette caractéristique est principalement utilisée pour concevoir des oscillateurs à des fréquences supérieures allant des bandes GHz aux THz. Ici, la fréquence peut être contrôlée en ajoutant un résonateur. Dans le circuit ci-dessus, l'équivalent du circuit localisé est un guide d'ondes ou une ligne de transmission coaxiale. Ici, les diodes GaAs Gunn sont accessibles pour un fonctionnement allant de 10 GHz à 200 GHz à une puissance de 5 MW à 65 MW. Ces diodes peuvent également être utilisées comme amplificateurs.AvantagesLes avantages de la diode Gunn sont les suivants.Cette diode est disponible en petite taille et portableLe coût de cette diode est moindreA hautes fréquences, cette diode est stable et fiable -rapport de signal (NSR) car il est protégé contre les nuisances sonores.Il comprend une bande passante élevéeInconvénientsLes inconvénients de la diode Gunn sont les suivants.La stabilité de la température de cette diode est médiocreLe courant de fonctionnement de cet appareil, donc la dissipation de puissance est élevée.La diode Gunn l'efficacité est faible sous 10 GHz.Allumez la tension de cet appareil est élevéeLe bruit FM est élevé pour des applications spécifiquesLa plage de réglage est élevéeApplicationsLes applications de la diode Gunn sont les suivantes.Ces diodes sont utilisées comme oscillateurs et amplificateurs.Il est utilisé dans la microélectronique comme l'équipement de contrôle .Ceux-ci sont utilisés dans les sources radar militaires et commerciales et les communications radio.Cette diode est utilisée dans le gène de la diode Gunn pulsée rators.En microélectronique, ces diodes sont utilisées comme dispositifs de contrôle rapide pour la modulation du faisceau laser.Utilisées dans les radars de police.Ces diodes sont applicables dans les tachymètres. & sécurité des piétons, etc.Il est utilisé dans les radars Doppler à ondes non-stop.Il est largement utilisé dans les émetteurs de liaison de données de relais micro-ondesIl est utilisé dans les oscillateurs électroniques pour générer des fréquences micro-ondesIl s'agit donc d'un aperçu de la diode Gunn et de son fonctionnement. Ces types de diodes sont également appelés TED (Transferred Electronic Device). Généralement, ceux-ci sont utilisés pour des oscillations à haute fréquence. Voici une question pour vous, qu'est-ce que Gunn Effect ?

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