什麼是耿氏二極管：構造及其工作原理

在 GaAs 半導體材料中，電子以兩種狀態存在：高質量低速和低質量高速。 由於需要足夠的電場，電子被迫從低質量狀態移動到高質量狀態。 在這種特定狀態下，電子可以形成一組並以一致的速率移動，從而導致電流以一系列脈衝形式流動。 所以這被稱為耿氏二極管使用的耿氏效應。 這些二極管是 TED 系列（轉移電子器件）中最好和最常用的器件。 這些類型的二極管像直流到微波轉換器一樣使用，具有塊狀 GaAs（砷化鎵）的負電阻特性，它們需要典型的穩定電壓電源，阻抗較小，因此可以消除複雜的電路。 本文討論了耿氏二極管的概述。什麼是耿氏二極管？耿氏二極管由 N 型半導體製成，因為它包含像電子這樣的多數電荷載流子。 該二極管利用負電阻特性在高頻下產生電流。 該二極管主要用於產生 1 GHz 左右的微波信號和 100 GHz 左右的射頻信號。 耿氏二極管也稱為 TED（轉移電子器件）。 儘管它是一個二極管，但這些器件沒有 PN 結，但包含一種稱為耿氏效應的效應。 Gunn Diode 這種效應是根據發明者 JB Gunn 命名的。 這些二極管使用起來非常簡單，它們形成了一種生成微波射頻信號的低成本技術，通常放置在波導中以形成簡單的諧振腔。 耿氏二極管符號如下所示。符號耿氏二極管結構 耿氏二極管的製造可以用 N 型半導體來完成。 最常用的材料是 GaAs（砷化鎵）和 InP（磷化銦），其他材料如 Ge、ZnSe、InAs、CdTe、InSb。使用 n 型材料是必不可少的，因為轉移的電子僅適用於電子，而不適用於 p 型材料中的空穴。 在該設備中，有 3 個主要區域，稱為頂部、底部和中間區域。構造製造這種二極管的一般方法是在退化的 n+ 襯底上生長和外延層。 有源層的厚度範圍從幾微米到 100 微米，該層的摻雜水平範圍從 1014cm-3 到 1016cm-3。 但是這種摻雜水平非常低，用於器件的頂部和底部區域。 根據所需的頻率，厚度會發生變化。 n+層的沉積可以外延完成，否則通過離子注入摻雜。 該器件的頂部和底部區域都被深度摻雜以提供 n+ 材料。 這提供了與器件的連接所需的必要的高導電區域。通常，這些器件放置在進行導線連接的導電支撐件上。 這種支撐也可以像散熱片一樣工作，散熱很危險。 二極管的另一個端子連接可以通過沉積在頂峰表面上的金連接來實現。 由於其高導電性和相對穩定性，金連接在這裡是必要的。 在製造時，材料器件應該是無缺陷的並且還包括非常一致的摻雜範圍。耿氏二極管工作耿氏二極管的工作原理主要取決於耿氏效應。 在某些材料中，例如 InP 和 GaAs，一旦通過材料內的電場達到閾值水平，電子遷移率將同時降低。 當電場增強時，就會產生負電阻。一旦GaAs材料的電場強度在負極上達到其顯著值，就可以形成低電子遷移率區。 該區域以平均電子速度移動到 +Ve 電極。耿氏二極管在其 CV 特性上包括一個負電阻區域。 一旦通過負 GaAs 電極獲得顯著值，那麼就會有一個通過低電子遷移率的區域。 之後，它將轉移到正極。 一旦它通過負極上的正極遇到強電場域，那麼電子遷移率較低以及高電場的環狀區域將開始重新產生。 此事件的周期性會產生 100 GHz 頻率的振盪。 一旦超過該值，振盪將開始迅速消失。特性 耿氏二極管特性在其 VI 特性曲線上顯示出負電阻區域，如下所示。 所以這個區域允許二極管放大信號，所以它可以用於振盪器和放大器。 但是，最常用的是耿氏二極管振盪器。耿氏二極管的特性這裡，耿氏二極管的負阻區只不過是電流增加後電壓下降。 這種相位反轉允許二極管像振盪器和放大器一樣工作。 該二極管中的電流通過直流電壓增加。 在特定的一端，電流將開始減少，因此這稱為峰值點或閾值點。 一旦超過閾值點，電流將開始減少，從而在二極管內產生負電阻區域。耿氏二極管的工作模式耿氏二極管的工作可以通過四種模式完成，其中包括以下四種。耿氏振盪模式穩定放大模式LSA 振盪模式偏置電路振盪模式Gunn 振盪模式Gunn 振盪模式可以在頻率總和可以乘以107 cm/s 長度的區域中定義。 摻雜量之和可乘以長度高於1012/cm2。 在該區域，由於高場域和累積層形成循環，二極管不穩定。 穩定放大模式這種模式可以定義在頻率乘以長度之和為 107cm/sec時間範圍內的摻雜產物長度為 1011 & 1012/cm2.LSA Oscillation Mode 這種模式可以定義在頻率倍長之和為 107 cm/s 的區域中，摻雜商可以通過頻率範圍進行劃分來自 2×104 和 2×105。偏置電路振盪模式這種模式只會在發生 LSA 或 Gunn 振盪時發生。 一般情況下，圖中出現頻率的時間長度乘積很小的區域。 一旦體二極管的偏置完成到閾值，那麼當耿氏振蕩開始時平均電流突然下降。 耿氏二極管振盪器電路 耿氏二極管振盪器電路的電路圖如下所示。 耿氏二極管圖的應用顯示了負電阻區域。 通過雜散電容和引線電感產生的負電阻會導致振盪。耿氏二極管振盪器電路在大多數情況下，弛豫類型的振盪將包括會損壞二極管的巨大振幅。 因此，在二極管兩端使用一個大電容器來避免這種故障。 該特性主要用於設計頻率範圍從 GHz 到 THz 的高頻振盪器。 在這裡，可以通過添加諧振器來控制頻率。 在上述電路中，集總電路等效物是波導或同軸傳輸線。在這裡，GaAs Gunn 二極管可在 10 GHz – 200 GHz 範圍內以 5 MW – 65 MW 功率運行。 這些二極管也可以用作放大器。優點耿氏二極管的優點包括以下幾點。這種二極管體積小，便於攜帶，使這種二極管的成本較低在高頻下，這種二極管穩定可靠它具有改進的噪聲-信號比（NSR）因為它被保護免受噪聲干擾。它包括高帶寬缺點耿氏二極管的缺點包括以下幾點。該二極管的溫度穩定性差該器件的工作電流，因此功耗高。耿氏二極管10GHz以下效率低。打開此設備的電壓高FM噪聲高特定應用調諧範圍高應用耿氏二極管的應用包括以下這些二極管用作振盪器和放大器用於控制設備等微電子.這些用於軍事、商業雷達源和無線電通信。該二極管用於脈衝耿氏二極管基因在微電子學中，這些二極管被用作激光束調製的快速控制裝置。用於警用雷達。這些二極管適用於轉速計它用作參量放大器中的泵浦源用於傳感器檢測不同的系統，如開門、侵入檢測和行人安全等。用於不間斷波多普勒雷達。廣泛用於微波中繼數據鏈的發射機。用於電子振盪器以產生微波頻率。因此，這是關於耿氏二極管及其工作原理的概述。 這些類型的二極管也稱為 TED（轉移電子器件）。 通常，這些用於高頻振盪。 這是一個問題，什麼是岡恩效應？

留言 

郵件列表