건 다이오드

Transfered Electron Device(TED; 전송 전자 소자)라고도 알려진 건 다이오드는 고주파 전자제품에 사용되는 음의 저항을 가진 2단자 반도체 전자 부품인 다이오드의 한 형태입니다.그것은 물리학자 J. B. 건이 1962년에 발견한 "건 효과"에 기초하고 있다.가장 큰 용도는 레이더 속도 건, 마이크로파 릴레이 데이터 링크 송신기, 자동 도어 오픈기 등의 애플리케이션에서 마이크로파를 생성하는 전자 발진기에 있습니다.

내부 구조는 다른 다이오드와 달리 N-도프된 반도체 물질로만 구성되며 대부분의 다이오드는 P-도프된 영역과 N-도프된 영역으로 구성된다.따라서 양방향으로 전도되며 다른 다이오드처럼 교류 전류를 수정할 수 없습니다. 따라서 일부 소스는 다이오드라는 용어를 사용하지 않지만 TED를 선호합니다.건 다이오드에는 3개의 영역이 있습니다.그 중 2개는 각 단자에 N 도핑이 심한 상태로, 그 사이에 얇은 N 도핑 재료가 있습니다.디바이스에 전압이 인가되면 얇은 중간층에서 전기적 구배가 가장 커집니다.전압이 증가하면 먼저 층을 통과하는 전류가 증가하지만, 결국 필드 값이 높을수록 중간 층의 전도 특성이 변화하여 저항률이 증가하여 전류가 떨어집니다.즉, 건 다이오드의 전류-전압 특성 곡선에 음의 미분 저항 영역이 있으며, 인가 전압이 증가하면 전류가 감소합니다.이 성질을 통해 무선 주파수 증폭기로 기능하거나 DC 전압으로 바이어스되면 불안정해지고 진동할 수 있습니다.

건 다이오드 발진기

음의 차분 저항과 중간층의 타이밍 특성이 결합되어 다이오드가 가장 많이 사용되는 이유는 마이크로파 주파수 이상의 전자 오실레이터입니다.마이크로파 발진기는 디바이스를 부저항 영역으로 바이어스하기 위해 DC 전압을 인가하는 것만으로 만들 수 있다.실제로 다이오드의 음의 차동 저항은 부하 회로의 양의 저항을 상쇄하므로 차동 저항이 0인 회로가 생성되어 자발적인 진동이 발생합니다.발진 주파수는 부분적으로 중간 다이오드 층의 특성에 의해 결정되지만 외부 요인에 의해 조정될 수 있습니다.실제 발진기에서 전자공진기는 도파관, 마이크로파 공동 또는 YIG 구체의 형태로 주파수를 제어하기 위해 보통 추가된다.다이오드는 일반적으로 캐비티 내부에 장착됩니다.다이오드는 공진기의 손실 저항을 제거하므로 공진 주파수로 진동을 발생시킵니다.주파수는 기계적으로 조정하거나, 캐비티의 크기를 조정하거나, YIG 구체의 경우 자기장을 변경하여 조정할 수 있습니다.건 다이오드는 10GHz~하이(THz) 주파수 범위에서 발진기를 구축하는 데 사용됩니다.

갈륨 비소 건 다이오드는 최대 200GHz의 주파수로 만들어지며 질화 갈륨 물질은 최대 ^[1][2]3테라헤르츠까지 도달할 수 있다.

역사

건 다이오드는 건 효과에 기초하고 있으며 두 가지 모두 물리학자 건의 이름을 따서 명명되었습니다.1962년 IBM에서 그는 갈륨 비소화물의 일관성 없는 실험 결과를 "노이즈"로 받아들이지 않았기 때문에 그 효과를 발견하고 원인을 규명했다.벨 전화 연구소의 앨런 치노웨스는 1965년 6월에 오직 전달 전자 메커니즘만이 실험 ^[3]결과를 설명할 수 있다는 것을 보여주었다.그가 감지한 진동이 리들리-왓킨스에 의해 설명된다는 것을 깨달았습니다.영국 물리학자 브라이언 리들리, 톰 왓킨스, 그리고 시릴 힐섬의 이름을 딴 힐섬 이론은 1961년 과학 논문에서 벌크 반도체가 음의 저항을 나타낼 수 있다는 것을 보여주었는데, 이는 인가 전압을 증가시키면 전류가 감소한다는 것을 의미한다.

건 효과와 왓킨스-리들리와의 관계힐섬 효과는 1970년대 초에 전자 문헌에 진입했다. 예를 들어, 전달된^[4] 전자 소자에 관한 책과 최근에는 전하 전달을 ^[5]위한 비선형 파동 방법에 관한 책이다.

구조

갈륨 비화물(GaAs)을 포함한 일부 반도체 재료의 전자 밴드 구조는 일반적으로 반도체 장치에 사용되는 원자가 및 전도 밴드 외에 또 다른 에너지 밴드 또는 서브 밴드를 가집니다.이 세 번째 밴드는 일반 전도 대역보다 높은 에너지로, 전자를 촉진하기 위한 에너지가 공급될 때까지 비어 있습니다.에너지는 탄도 전자의 운동 에너지, 즉 전도 대역의 전자에서 나오지만, 세 번째 대역에 도달할 수 있도록 충분한 운동 에너지로 움직입니다.

이러한 전자는 페르미 레벨 이하로 출발하여 강한 전기장을 가함으로써 필요한 에너지를 획득할 수 있는 충분히 긴 평균 자유 경로를 제공받거나 적절한 에너지를 가진 음극에 의해 주입됩니다.정방향전압을 인가하면 음극 내의 페르미 레벨이 제3의 대역으로 이동하고, 상태의 밀도를 일치시켜 추가 계면층을 이용하여 반사파가 파괴적으로 간섭함으로써 페르미 레벨을 중심으로 하는 탄도전자의 반사가 최소화된다.

GaAs에서 세 번째 대역의 전자의 유효 질량은 일반적인 전도 대역의 전자보다 높기 때문에 해당 대역의 전자의 이동성 또는 드리프트 속도는 더 낮다.순방향 전압이 증가함에 따라 점점 더 많은 전자가 세 번째 밴드에 도달하여 더 느리게 움직이고 소자를 통과하는 전류가 감소합니다.그러면 전압/전류 관계에 음의 차동 저항 영역이 생성됩니다.

다이오드에 충분히 높은 전위가 인가되면 캐소드를 따라 전하 캐리어 밀도가 불안정해지고 캐소드의 나머지 부분은 높은 전도율을 가지면서 낮은 전도율의 작은 세그먼트가 발생합니다.대부분의 음극 전압 강하는 세그먼트에서 발생하기 때문에 높은 전계를 가집니다.이 전계의 영향을 받아 음극에서 양극으로 이동합니다.두 밴드 모두에서 모집단의 균형을 맞출 수 없으므로, 낮은 필드 강도의 일반적인 배경에는 항상 높은 필드 강도의 얇은 슬라이스가 있습니다.따라서 실제로는 순방향 전압이 약간 상승하면 음극에 저전도성 세그먼트가 생성되고 저항이 증가하며, 세그먼트가 막대를 따라 양극으로 이동하고 양극에 도달하면 흡수되어 총 전압을 일정하게 유지하기 위해 음극에 새로운 세그먼트가 생성됩니다.전압이 낮아지면 기존 슬라이스가 담금질되고 저항이 다시 감소합니다.

건 다이오드 제조를 위한 재료 선택에 사용되는 실험실 방법에는 각도 분해 광전자 방출 분광법이 있다.

적용들

Gunn 다이오드는 고주파 성능 때문에 마이크로파 주파수 이상에서 주로 사용됩니다.이러한 주파수로 반도체 소자 중 가장 높은 출력 전력을 생산할 수 있습니다.가장 일반적으로 사용되는 것은 발진기이지만 신호를 증폭하기 위해 마이크로파 증폭기에도 사용됩니다.다이오드는 1포트(2단자) 장치이므로 앰프 회로는 커플링을 방지하기 위해 발신 증폭 신호를 착신 입력 신호로부터 분리해야 합니다.하나의 일반적인 회로는 서큘레이터를 사용하여 신호를 분리하는 반사 증폭기입니다.바이어스 전류를 고주파 진동으로부터 격리하려면 바이어스 티가 필요합니다.

센서 및 계측기

건 다이오드 oscillators 전자 레인지 전기를 생산하는 것[6]항공기 충돌 회피 레이더, 잠김 방지 브레이크, 교통, 자동차 레이더 탐지기, 보행자 안전 시스템,"이동 거리"기록 장치 동작 감지기,"slow-speed"센서(그리고 교통 보행자 움직임을 감지하도록 해 최고 85km/h(50mph)의 흐름을 감시하기 위해 센서:에 사용된다.),교통 신호 제어기, 자동 도어 개방기, 자동 교통 게이트, 처리량을 모니터링하는 프로세스 제어 장비, 도난 경보 및 침입자를 감지하는 장비, 열차 탈선을 방지하기 위한 센서, 원격 진동 감지기, 회전 속도 회전 속도계, 습도 모니터.

아마추어 무선 사용

저전압 작동으로 Gunn 다이오드는 Gunnplexer라고 불리는 초저전력(few-milliwatt) 마이크로파 트랜시버의 마이크로파 주파수 발생기 역할을 할 수 있습니다.그것들은 1970년대 후반 영국의 라디오 아마추어들에 의해 처음 사용되었고, 많은 건플렉서 디자인들이 저널에 발표되었습니다.일반적으로 다이오드가 장착되는 약 3인치 도파관으로 구성됩니다.다이오드를 구동하는 데는 적절히 변조할 수 있는 저전압(12V 미만) 직류 전원 공급 장치가 사용됩니다.도파관은 한쪽 끝에서 차단되어 공명 공동을 형성하고 다른 한쪽 끝에서 일반적으로 경음기 안테나를 공급합니다.도파관에는 추가 '믹서 다이오드'가 삽입되어 있으며, 다른 아마추어 방송국의 청취가 가능하도록 수정된 FM 방송 수신기에 종종 연결됩니다.건플렉서는 10GHz 및 24GHz의 햄 대역에서 가장 일반적으로 사용되며, 다이오드는 허가된 아마추어 대역으로 이동하기 위해 반대쪽 가장자리에 구리 또는 알루미늄 포일이 있는 약간 분리된 캐비티에 넣을 수 있기 때문에 때때로 22GHz 보안 알람이 수정됩니다.일반적으로 믹서 다이오드가 손상되지 않은 경우 기존 도파관에서 재사용되며, 이러한 부품은 정전기에 매우 민감한 것으로 잘 알려져 있습니다.대부분의 상용 장치에서 이 부품은 병렬 저항 및 기타 구성요소로 보호되며 일부 Rb 원자 시계에는 변형이 사용됩니다.믹서 다이오드는 건 다이오드가 사용으로 인해 약해진 경우에도 저주파수 애플리케이션에 유용하며, 일부 아마추어 라디오 애호가들은 이를 외부 오실레이터 또는 n/2 파장 건 다이오드와 함께 위성 검색 및 기타 용도로 사용해 왔습니다.

전파 천문학

건발진기는 밀리파 및 서브밀리파 전파천문 수신기의 국부발진기로 사용된다.건 다이오드는 다이오드의 기본 주파수의 2배로 공진하도록 조정된 캐비티에 장착됩니다.캐비티 길이는 마이크로미터 조정에 의해 변경됩니다.50% 튜닝 범위(도파관 밴드 1개)에 걸쳐 50mW 이상을 발생시킬 수 있는 건 발진기를 사용할 ^[7]수 있습니다.

건 발진기 주파수는 서브밀리미터파 어플리케이션용 다이오드 주파수 곱셈기에 의해 곱됩니다.

레퍼런스