ガンダイオードとは：構造とその動作

GaAs半導体材料では、電子は高質量低速と低質量高速の1つの状態で存在します。 適切な電場の要求により、電子は低質量状態から高質量状態に強制的に移動します。 この特定の状態では、電子はグループを形成し、一定の速度で移動して、一連のパルスで電流を流すことができます。 したがって、これはガンダイオードで使用されるガン効果として知られています。 これらのダイオードは、TEDファミリ（転送電子デバイス）の中で最も頻繁に入手できる最良のデバイスです。 これらのタイプのダイオードは、バルクGaAs（ガリウムヒ素）の負性抵抗機能を備えたDCからマイクロ波へのコンバーターのように使用され、複雑な回路を排除できるように、標準的で安定した電圧電源と低インピーダンスが必要です。 この記事では、ガンダイオードの概要について説明します。ガンダイオードとは何ですか？ガンダイオードは、電子のような多数の電荷キャリアを含むため、N型半導体で作られています。 このダイオードは、負性抵抗特性を使用して高周波で電流を生成します。 このダイオードは、主に100GHz付近のマイクロ波信号とXNUMXGHz付近のRF周波数を生成するために使用されます。 ガンダイオードはTED（転送電子デバイス）としても知られています。 ダイオードですが、PN接合はありませんが、ガン効果と呼ばれる効果があります。 ガンダイオードこの効果は、発明者、すなわちJBガンに基づいて名付けられました。 これらのダイオードは非常に使いやすく、マイクロ波RF信号を生成するための低コストの技術を形成し、導波管に配置されて共振空洞を容易にします。 ガンダイオードの記号を以下に示します。シンボルガンダイオードの構造ガンダイオードの製造は、N型半導体を使用して行うことができます。 最も頻繁に使用される材料はGaAs（ガリウムヒ素）とInP（インジウムリン）であり、Ge、ZnSe、InAs、CdTe、InSbなどの他の材料が使用されています。転送された電子は、p型材料に見られる正孔ではなく、単に電子に適しています。 このデバイスには、上部、下部、中間領域と呼ばれる3つの主要な領域があります。構造このダイオードを製造する一般的な方法は、縮退したn +基板上にエピタキシャル層を成長させることです。 活性層の厚さは数ミクロンから100ミクロンの範囲であり、この層のドーピングレベルは1014cm-3から1016cm-3の範囲です。 しかし、このドーピングレベルは非常に低く、デバイスの上部と下部の領域に使用されます。 必要な周波数に基づいて、厚さが変化します。 n +層の堆積は、イオン注入によってドープされたエピタキシャルで行うことができます。 上部と下部のようなこのデバイスの両方の領域は、n +材料を提供するために深くドープされています。 これにより、デバイスへの接続に必要な高導電性領域が得られます。一般に、これらのデバイスは、ワイヤの接続が行われる導電性サポート上に配置されます。 このサポートは、熱を取り除くのに危険なヒートシンクのように機能することもできます。 ダイオードの他の端子接続は、頂点の表面に堆積された金の接続を介して行うことができます。 ここでは、その高い導電性と相対的な安定性のために、金の接続が必要です。 製造中、材料デバイスには欠陥がなく、非常に一貫した範囲のドーピングが含まれている必要があります。ガンダイオードの動作ガンダイオードの動作原理は、主にガン効果に依存します。 InPやGaAsなどの一部の材料では、材料内の電界によってしきい値レベルに達すると、同時に電子移動度が低下します。 電界が強まると負性抵抗が発生します。GaAs材料の電界強度が負極で有意な値に達すると、低電子移動度領域が形成されます。 この領域は、平均電子速度を介して+ Ve電極に移動します。ガンダイオードには、CV特性に負性抵抗領域が含まれています。 負のGaAs電極を介して有意な値が得られると、低電子の移動度を介して領域が存在します。 その後、正極に移行します。 負極の正極を介して強電界領域に出会うと、電子移動度が低く、高電界の周期型の領域が再現され始めます。 このインシデントの周期的な性質により、100GHzの周波数で振動が発生します。 この値を超えると、発振はすぐに消え始めます。特性ガンダイオードの特性は、以下に示すVI特性曲線上に負性抵抗領域を示します。 したがって、この領域ではダイオードが信号を増幅できるため、発振器や増幅器で使用できます。 しかし、ガンダイオード発振器が最も頻繁に使用されます。ガンダイオードの特性ここで、ガンダイオードの負性抵抗領域は、電流の流れが増加すると電圧が低下することに他なりません。 この逆位相により、ダイオードは発振器と増幅器のように機能します。 このダイオードを流れる電流は、DC電圧によって増加します。 特定の端で、電流の流れが減少し始めるので、これはピークポイントまたはしきい値ポイントと呼ばれます。 しきい値を超えると、電流の流れが減少し始め、ダイオード内に負性抵抗領域が作成されます。ガンダイオードの動作モードガンダイオードの動作は、次の107つのモードで実行できます。ガン発振モード安定増幅ModeLSA発振ModeBias回路発振ModeGunn発振ModeGunn発振モードは、周波数の合計に1012 cm / sの長さを掛けることができる領域で定義できます。 ドーピングの合計は、2 / cm107よりも長い長さで乗算できます。 この領域では、高電界ドメインと蓄積層のいずれかが周期的に形成されるため、ダイオードは安定していません。安定増幅モードこの種のモードは、周波数と長さの合計が1011cm /秒である領域で定義できます。時間範囲1012および2 / cm107のドーピング生成物の長さLSA発振モードこの種のモードは、周波数の長さの時間の合計が2 cm / sであり、ドーピング指数を周波数範囲で割ることができる領域で定義できます。 104×2および105×XNUMXから。バイアス回路発振モードこの種のモードは、LSAまたはガン発振が発生すると簡単に発生します。 一般に、周波数の時間の長さの積が非常に小さい領域であり、図内に表示されます。 バルクダイオードのバイアスがしきい値まで行われると、ガンの発振が始まると平均電流が急激に低下します。ガンダイオード発振器回路ガンダイオード発振回路の回路図を以下に示します。 ガンダイオード図を適用すると、負性抵抗領域が示されます。 浮遊容量とリードインダクタンスによる負性抵抗により、発振が発生する可能性があります。ガンダイオード発振器回路ほとんどの場合、緩和の種類の発振には、ダイオードに損傷を与える巨大な振幅が含まれます。 そのため、この障害を回避するために、ダイオードの両端に大きなコンデンサが使用されています。 この特性は主に、GHzからTHz帯域の範囲の高周波数で発振器を設計するために使用されます。 ここでは、共振器を追加することで周波数を制御できます。 上記の回路では、集中回路の等価回路は導波管または同軸伝送ラインです。ここでは、GaAsガンダイオードは、10 MW〜200MWの電力で5GHz〜65GHzの範囲の動作にアクセスできます。 これらのダイオードはアンプとしても使用できます。利点ガンダイオードの利点は次のとおりです。このダイオードは小型でポータブルです。このダイオードのコストを削減します。高周波では、このダイオードは安定していて信頼性があります。 -ノイズの煩わしさから保護されているため、信号比（NSR）高帯域幅が含まれます短所ガンダイオードの短所は次のとおりですこのダイオードの温度安定性が悪いこのデバイスの動作電流、したがって電力損失が大きいガンダイオード効率は10GHz未満で低く、このデバイスの電圧をオンにすると高いFMノイズは特定のアプリケーションで高くなりますチューニングの範囲は高いアプリケーションガンダイオードのアプリケーションには次のものがあります。これらのダイオードは発振器および増幅器として使用されます。 。これらは、軍用、商用のレーダーソースおよび無線通信で使用されます。このダイオードは、パルスガンダイオード遺伝子で使用されます。 マイクロ波では、これらのダイオードはレーザービーム変調の高速制御デバイスとして使用されます。警察のレーダーで使用されます。これらのダイオードはタコメーターで使用されます。パラメトリック増幅器内のポンプソースとして使用されます。ドアの開口部、不法侵入検出などのさまざまなシステムを検出するセンサーで使用されます。ノンストップウェーブドップラーレーダーで使用されています。マイクロ波リレーデータリンクの送信機で広く使用されています。マイクロ波周波数を生成するための電子発振器で使用されています。したがって、ガンダイオードとその動作の概要について説明します。 これらのタイプのダイオードは、TED（Transferred Electronic Device）とも呼ばれます。 一般的に、これらは高周波振動に使用されます。 ここにあなたへの質問があります、ガン効果とは何ですか？

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