Діо́д Га́нна (також відомий, як ) — тип напівпровідникових діодів, що використовується для генерації та перетворення коливань у діапазоні НВЧ. На відміну від інших типів діодів, принцип дії діода Ганна заснований не на властивостях p-n переходів, а на власних об'ємних властивостях напівпровідника.
Названо на честь винахідника Джона Ганна.
Загальні відомості Ефект Ганна виникає тому, що в структурі зони провідності деяких напівпровідників, наприклад, GaAs, існують додаткові долини з локальними мінімумами енергії в залежності від хвильового вектора. В початковому стані електрони провідності зосереджені в основному в головній долині в центрі зони Бріллюена, де вони мають малу ефективну масу й високу швидкість. Прискорюючись в електричному полі, вони потрапляють в додаткові долини, де їхня ефективна маса більша, а швидкість менша. Завдяки цьому явищу збільшення прикладеної напруги може призвести до зменшення струму (сповільнення електронів).
НВЧ генератори та підсилювачі на діодах Ганна
НВЧ генератори
Від'ємна диференційна провідність у поєднанні з товщиною слаболегованого шару зумовлює основну сферу застосування діода: в НВЧ генераторах. НВЧ генератор можна створити шляхом простого подання постійної напруги живлення для переведення пристрою на ділянку від'ємної диференційної провідності. Фактично, Від'ємна диференційна провідність компенсуючи позитивний опір навантажувального контуру, створює коло із нульовою диференційною провідністю, що генерує спонтанні коливання. Частота коливань частково визначається товщиною слаболегованого шару діода, але може визначатися зовнішніми факторами. У практичних генераторах для контролю частоти зазвичай додають електронний резонатор у вигляді хвилеводу, об'ємного резонатора або сфери залізо-ітрієвого гранату (ЗІГ-сфера). Діод зазвичай монтується всередині резонатора. Діод компенсує опір втрат резонатора, створюючи коливання на його резонансній частоті. Частоту можна регулювати механічно, змінюючи розмір об'єму резонатора, або, у випадку ЗІГ-сфер, змінюючи магнітне поле. Діоди Ганна використовуються для створення генераторів у діапазоні частот від 10 ГГц до ТГцV. Gružinskis, J. H. Zhao, O. Shiktorov and E. Starikov, "Gunn Effect and the THz Frequency Power Generation in n+–n–n+ GaN Structures", Materials Science Forum, 297–298, 34–344, 1999.Gribnikov, Z. S., Bashirov, R. R., Mitin, V. V. (2001). "Negative effective mass mechanism of negative differential drift velocity and terahertz generation". IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 7(4), 630–640, .. Діоди Ганна на основі арсеніду галію виготовляються для частот до 200 ГГц, а прилади на основі нітриду галію можуть досягати 3 терагерц.
НВЧ підсилювачі НВЧ підсилювач можна створити шляхом простого подання постійної або імпульсної напруги живлення для переведення пристрою на відповідну ділянку від'ємної диференційної провідності. Оскільки швидкість дрейфу електронів у слаболегованому шарі арсеніду галія залежить від температури https://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaAs/electric.html , для температурної стабільності АЧХ підсилювача на діоді Ганна при постійному подаванні напруги живлення необхідно або підтримувати температурну стабільність корпусу підсилювача (наприклад, рідинною стабілізацію), або, враховуючи від'ємну диференційну провідність, після виведення джерела живлення на робочу ділянку перевести його у режим стабілізатора струму з позитивним зворотним зв'язком.
При імпульсному подаванні напруги живлення до діода Ганна слід враховувати збільшення порогової напруги зі зменшенням тривалості імпульсу аж до приблизно рівної часу теплової релаксації активної зони (73 нс)Edward V Semyonov, Oleg Yuri Malakhovskij Short-pulse properties of the Gunn diode. IEEE Transactions on Electron Devices 67 (5), 2100-2105, 2020.
Застосування
Часто використовують як джерело високої частоти і невеликої потужності сигналу.
Ефект від'ємного опору можна використовувати для посилення сигналу.
Використовуються як джерело високої частоти і великої потужності сигналу.
Див. також Від'ємна диференційна провідність Джон Баттіскомб Ґанн Діод
Джерела Агеев Н. А., Шишкин Г. Г. Электронные приборы. — Изд. МАИ, 1996.
Лебедев, А. И. Физика полупроводниковых приборов. — М. : Физматлит, 2008.
Примітки
Посилання
A Gunn diode relaxation oscillator Negative resistance oscillators Gunn diode hot electron injectors: graded gap injector and resonant tunneling injector програмна реалізація дії Діода Ганна