Diodo Gunn: Principio de funcionamiento y aplicaciones

¿Qué es un diodo Gunn?

A Diodo Gunn es un pasivo semiconductor con dos terminales, que se compone sólo de un material semiconductor n-dopado, a diferencia de otros diodos que consisten en un unión p-n. Los diodos de Gunn pueden fabricarse a partir de materiales que consisten en múltiples valles de energía inicialmente vacíos y estrechamente espaciados en su banda de conducción, como el arseniuro de galio (GaAs), el fosfuro de indio (InP), el nitruro de galio (GaN), el teluro de cadmio (CdTe), el sulfuro de cadmio (CdS), el arseniuro de indio (InAs), el antimonio de indio (InSb) y el seleniuro de zinc (ZnSe).

El procedimiento general de fabricación implica el crecimiento de una capa epitaxial en un sustrato degenerado n+ para formar tres semiconductor tipo n capas (Figura 1a), donde las capas extremas están fuertemente dopadas cuando se comparan con la capa media, activa.

Además, los contactos metálicos se proporcionan en ambos extremos del diodo de Gunn para facilitar el sesgo. El símbolo del circuito para Diodo Gunn es como se muestra en la figura 1b y difiere de la normal diodo para indicar la ausencia de la unión p-n.

Al aplicar un voltaje DC a través de los terminales del diodo de Gunn, un campo eléctrico se desarrolla a lo largo de sus capas, la mayoría de las cuales aparecen a través de la región activa central. En las etapas iniciales, la conducción aumenta debido al movimiento de los electrones desde la banda de valencia hacia el valle inferior de la banda de conducción.

El gráfico V-I asociado se muestra en la curva de la Región 1 (coloreada en rosa) de la Figura 2. Sin embargo, después de alcanzar un cierto valor umbral (Vth), la corriente de conducción a través del diodo de Gunn disminuye como muestra la curva de la Región 2 (coloreada en azul) de la figura.

Esto se debe a que, a mayor altura voltajes los electrones en el valle inferior de la banda de conducción se desplazan a su valle superior donde su movilidad disminuye debido al aumento de su masa efectiva. La reducción de la movilidad disminuye la conductividad, lo que lleva a una disminución de la actual que fluye a través del diodo.

Como resultado de ello, se dice que el diodo exhibe un efecto negativo resistencia (región que abarca desde la punta del pico hasta la punta del valle) en la curva característica V-I. Este efecto se llama efecto de electrón transferido y por lo tanto el Diodos de Gunn también se llaman Dispositivos de Electrones Transferidos.

Además, cabe señalar que el efecto de los electrones transferidos también se denomina efecto Gunn y recibe su nombre de John Battiscombe Gunn (J. B. Gunn) después de su descubrimiento en 1963, que demostró que se podían generar microondas aplicando un voltaje constante a través de un chip de semiconductor de GaAs de tipo n. Sin embargo, es importante señalar que el material utilizado para fabricar los diodos de Gunn debe ser necesariamente de tipo n, ya que el efecto de los electrones transferidos sólo es válido para los electrones y no para los agujeros.

Además, como el GaAs es un pobre directorLos diodos de Gunn generan un calor excesivo y, por lo tanto, suelen estar provistos de un disipador de calor. Además, en las frecuencias de microondas, un pulso de corriente viaja a través de la región activa que se inicia en un determinado voltaje valor. Este movimiento del pulso de corriente a través de la región activa reduce el gradiente potencial a través de ella, lo que a su vez evita la formación de más pulsos de corriente.

El siguiente pulso de corriente sólo puede generarse cuando el pulso generado previamente llega al extremo de la región activa, aumentando el gradiente potencial una vez más. Esto indica que el tiempo que tarda el pulso de corriente en atravesar la región activa decide la velocidad a la que se generan los pulsos de corriente y, por tanto, fija la frecuencia operativa del diodo de Gunn. Así pues, para variar la frecuencia de oscilación, hay que variar el grosor de la región activa central.

Además, cabe señalar que la naturaleza de la resistencia negativa exhibida por el diodo de Gunn le permite trabajar como un amplificador y un osciladorel último de los cuales se conoce como Oscilador de diodos de Gunn o el oscaillador Gunn.

Ventajas y desventajas del diodo de Gunn

El ventaja de los diodos de Gunn incluyen:

• radica en el hecho de que son la fuente más barata de microondas (en comparación con otras opciones como tubos de klystron)
• Son de tamaño compacto
• Operan en un gran ancho de banda y poseen una gran estabilidad de frecuencia.

Las desventajas de los diodos de Gunn incluyen:

• Tienen un alto voltaje de encendido
• Son menos eficientes por debajo de 10 GHz
• Exhiben una pobre estabilidad de temperatura.

Aplicaciones del diodo de Gunn

Las aplicaciones de un Diodo Gunn incluyen:

1. En osciladores electrónicos para generar frecuencias de microondas.
2. En los amplificadores paramétricos como fuentes de bombeo.
3. En los radares de la policía.
4. Como Sensores en sistemas de apertura de puertas, sistemas de detección de intrusos, sistemas de seguridad para peatones, etc.
5. Como fuente de frecuencias de microondas en abridores automáticos de puertas, controladores de señales de tráfico, etc.
6. En los circuitos receptores de microondas.
7. En las comunicaciones de radio.
8. En los sistemas militares.
9. Como detectores de vibración a distancia.
10. En los tacómetros.
11. En el Generador de Diodo de Gunn Pulsado.
12. En la microelectrónica como equipos de control.
13. En las pistolas de velocidad de radar.
14. Como transmisores de enlace de datos de microondas.
15. En los Radares Doppler de Onda Continua.