什么是耿氏二极管：构造及其工作原理

在 GaAs 半导体材料中，电子以两种状态存在：高质量低速和低质量高速。 由于需要足够的电场，电子被迫从低质量状态移动到高质量状态。 在这种特定状态下，电子可以形成一组并以一致的速率移动，从而导致电流以一系列脉冲形式流动。 所以这被称为耿氏二极管使用的耿氏效应。 这些二极管是 TED 系列（转移电子器件）中最好和最常用的器件。 这些类型的二极管像直流到微波转换器一样使用，具有块状 GaAs（砷化镓）的负电阻特性，它们需要一个典型的、稳定的电压电源、较低的阻抗，以便可以消除复杂的电路。 本文讨论了耿氏二极管的概述。什么是耿氏二极管？耿氏二极管由 N 型半导体制成，因为它包含像电子这样的多数电荷载流子。 该二极管利用负电阻特性在高频下产生电流。 该二极管主要用于产生 1 GHz 左右的微波信号和 100 GHz 左右的射频信号。 耿氏二极管也称为 TED（转移电子器件）。 尽管它是一个二极管，但这些器件没有 PN 结，但包含一种称为冈恩效应的效应。 Gunn Diode 这种效应是根据发明者 JB Gunn 命名的。 这些二极管使用起来非常简单，它们形成了一种生成微波射频信号的低成本技术，经常被放置在波导中以形成一个简单的谐振腔。 耿氏二极管符号如下所示。符号耿氏二极管结构耿氏二极管的制造可以用 N 型半导体来完成。 最常使用的材料是 GaAs（砷化镓）和 InP（磷化铟），其他材料如 Ge、ZnSe、InAs、CdTe、InSb。使用 n 型材料是必不可少的，因为转移的电子仅适用于电子，而不适用于 p 型材料中的空穴。 在该设备中，有 3 个主要区域，称为顶部、底部和中间区域。构造制造这种二极管的一般方法是在退化的 n+ 衬底上生长和外延层。 有源层的厚度范围从几微米到 100 微米，该层的掺杂水平范围从 1014cm-3 到 1016cm-3。 但是这种掺杂水平非常低，用于器件的顶部和底部区域。 根据所需的频率，厚度会发生变化。 n+层的沉积可以外延完成，否则通过离子注入掺杂。 该器件的顶部和底部区域都被深度掺杂以提供 n+ 材料。 这提供了与器件的连接所需的必要的高导电区域。通常，这些器件放置在进行导线连接的导电支撑件上。 这种支撑也可以像散热片一样工作，散热很危险。 二极管的另一个端子连接可以通过沉积在顶峰表面上的金连接来实现。 由于其高导电性和相对稳定性，金连接在这里是必要的。 在制造时，材料器件应该是无缺陷的并且还包括非常一致的掺杂范围。耿氏二极管的工作耿氏二极管的工作原理主要取决于耿氏效应。 在某些材料中，例如 InP 和 GaAs，一旦通过材料内的电场达到阈值水平，电子迁移率将同时降低。 当电场增强时会产生负电阻。当GaAs材料的电场强度在负极上达到其显着值时，就会形成低电子迁移率区。 该区域以平均电子速度移动到 +Ve 电极。耿氏二极管在其 CV 特性上包括一个负电阻区域。 一旦通过负 GaAs 电极获得显着值，那么就会有一个通过低电子迁移率的区域。 之后，它将转移到正极。 一旦它通过负极上的正极遇到强电场域，那么电子迁移率较低以及高电场的环状区域将开始重新产生。 这一事件的周期性产生了 100 GHz 频率的振荡。 一旦超过该值，振荡将开始迅速消失。特性 耿氏二极管特性在其 VI 特性曲线上显示出负电阻区域，如下所示。 所以这个区域允许二极管放大信号，所以它可以用于振荡器和放大器。 但是，最常用的是耿氏二极管振荡器。耿氏二极管的特性这里，耿氏二极管的负阻区只不过是电流增加后电压下降。 这种相位反转允许二极管像振荡器和放大器一样工作。 该二极管中的电流通过直流电压增加。 在特定的一端，电流将开始减少，因此这称为峰值点或阈值点。 一旦超过阈值点，电流将开始减少，从而在二极管内产生负电阻区域。耿氏二极管的工作模式耿氏二极管的工作可以通过四种模式完成，其中包括以下四种。耿氏振荡模式稳定放大模式LSA 振荡模式偏置电路振荡模式Gunn 振荡模式Gunn 振荡模式可以在频率总和可以乘以107 cm/s 长度的区域中定义。 掺杂量之和可乘以长度高于1012/cm2。 在该区域，由于高场域和累积层形成循环，二极管不稳定。 稳定放大模式 这种模式可以定义在频率乘以长度之和为 107cm/sec &时间范围内的掺杂产物长度为 1011 & 1012/cm2.LSA Oscillation Mode 这种模式可以定义在频率的时间长度之和为 107 cm/s 的区域中，掺杂商可以通过频率划分为范围来自 2×104 和 2×105。偏置电路振荡模式这种模式只会在发生 LSA 或 Gunn 振荡时发生。 一般情况下，图中出现频率的时间长度乘积很小的区域。 一旦体二极管的偏置完成到阈值，那么当耿氏振荡开始时平均电流突然下降。 耿氏二极管振荡器电路 耿氏二极管振荡器电路的电路图如下所示。 耿氏二极管图的应用显示了一个负电阻区域。 通过杂散电容和引线电感产生的负电阻会导致振荡。耿氏二极管振荡器电路在大多数情况下，弛豫类型的振荡将包括会损坏二极管的巨大振幅。 因此在二极管两端使用一个大电容来避免这种故障。 该特性主要用于设计频率范围从 GHz 到 THz 频段的振荡器。 在这里，可以通过添加谐振器来控制频率。 在上述电路中，集总电路等效物是波导或同轴传输线。在这里，GaAs Gunn 二极管可在 10 GHz – 200 GHz 范围内以 5 MW – 65 MW 功率运行。 这些二极管也可以用作放大器。优点耿氏二极管的优点包括以下几点。这种二极管体积小，便于携带，使这种二极管的成本较低在高频下，这种二极管稳定可靠它具有改进的噪声对-信号比（NSR）因为它被保护免受噪声干扰。它包括高带宽缺点耿氏二极管的缺点包括以下几点。该二极管的温度稳定性差该器件的工作电流，因此功耗高。耿氏二极管10GHz以下效率低。打开此设备的电压高FM噪声高特定应用调谐范围高应用耿氏二极管的应用包括以下这些二极管用作振荡器和放大器用于控制设备等微电子.这些用于军事、商业雷达源和无线电通信。该二极管用于脉冲耿氏二极管基因在微电子学中，这些二极管被用作激光束调制的快速控制装置。用于警用雷达。这些二极管适用于转速计它用作参量放大器中的泵浦源用于传感器检测不同的系统，如开门、侵入检测&行人安全等。用于不间断波多普勒雷达。广泛用于微波中继数据链的发射机。用于电子振荡器以产生微波频率因此，这是关于耿氏二极管及其工作的概述。 这些类型的二极管也称为 TED（转移电子器件）。 通常，这些用于高频振荡。 这是一个问题，什么是冈恩效应？

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