
【電】 Gunn diode
pleasant; sweet; willingly
【醫】 gluco-; glyco-
favour; grace; kindness
diode
【化】 diode
甘恩二極管(Gunn Diode),是一種基于甘恩效應(Gunn Effect)工作的半導體器件,屬于轉移電子器件(Transferred Electron Device, TED)的一種。它能夠在微波頻段(通常在1 GHz至100 GHz以上)産生高頻振蕩,無需傳統二極管所需的PN結結構。
物理機制(甘恩效應):
在特定的半導體材料(主要是n型砷化镓)中,當施加的直流電場超過一個臨界阈值(約3 kV/cm)時,導帶中的電子會從高遷移率、低能量的能谷轉移到低遷移率、高能量的能谷。這種轉移導緻電子平均遷移率下降,電流隨電壓增加而減小,呈現出負微分電阻(Negative Differential Resistance, NDR)特性。這種負阻效應是器件産生微波振蕩的基礎。其電流-電壓關系滿足:
$$ frac{dJ}{dV} < 0 $$ 其中 ( J ) 為電流密度,( V ) 為電壓。
振蕩産生:
負微分電阻區域使得器件内部電場分布不均勻,形成高場疇(Domain)。疇在陰極形成,向陽極渡越,到達陽極後消失,隨後新疇在陰極重新形成。疇的周期性形成、渡越和消失過程,導緻外電路電流周期性變化,從而産生微波頻率的交流信號。振蕩頻率 ( f ) 主要由疇的渡越時間 ( tau ) 決定:
$$ f approx frac{1}{tau} = frac{v_d}{L} $$ 其中 ( v_d ) 為疇渡越速度(約10⁷ cm/s),( L ) 為有源區長度。
甘恩二極管(Gunn diode)是一種基于特殊半導體效應的微波器件,其名稱源自英文“Gunn diode”的音譯。以下是詳細解釋:
結構與材料
甘恩二極管由N型砷化镓(GaAs)半導體材料制成。與其他二極管不同,它沒有傳統PN結結構,而是依賴材料的整體特性實現功能。
工作原理(Gunn效應)
當外加電壓超過臨界值時,電子的運動能量會被砷化镓的晶體結構吸收,導緻電子速度降低。此時在負電極附近形成高電場區域,并周期性産生、移動和消失,從而産生微波振蕩。
主要應用
主要用于高頻微波振蕩器,覆蓋頻率範圍為5 GHz至50 GHz,常見于雷達、通信系統及微波測試設備中。
與普通二極管的區别
普通二極管(如矽/鍺二極管)基于PN結的單向導電性,用于整流或開關;而甘恩二極管通過體材料效應産生微波,無需PN結結構。
總結來看,甘恩二極管的核心特性是通過半導體材料本身的物理效應實現高頻振蕩,而非傳統二極管的整流功能。
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