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耿氏二极管Gunn Diode

日期: 2016-07-16
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耿氏二极管Gunn Diode
耿氏二极管的电压-电流示意曲线,图中曲线的下降部分显示了其负阻效应。 Gunn Diode (www.eastample.com)

 

耿氏二极管(英语:Gunn diode),或称转移电子器件(transferred electron device, TED)是一种在高频率电子学中应用的二极管形式。与一般的二极管同时具有N型区和P型区不同,它只由N型杂质半导体材料组成。耿氏二极管具有三个区域:两端是N型重掺杂区,介于二者中间的是一层轻掺杂的薄层。当电压施加在耿氏二极管的两端时,中央薄层处的电梯度最大。由于在导体材料中,电流与电压成正比,导电性将会产生。最终,中央薄层处会产生较高的电场值,从而得到较高的电阻,组织导电性的进一步增加,电流会开始下降。这意味着耿氏二极管具有负阻(Negative resistance)效应,或称负微分电阻(Negative differential resistance)。
 
利用负微分电阻性质与中间层的时间特性,可以让直流电流通过耿氏二极管,从而形成一个弛豫振荡器(Relaxation oscillator)。在效果上,耿氏二极管中的负微分电阻会抵消的部分真实存在的正阻值,这样就可以使电路等效成一个“零电阻”的电路,从而获得无穷振荡。振荡频率部分取决于耿氏二极管的中间层,不过也可以通过改变其他外部因素来改变振荡频率。耿氏二极管被用来构造10 GHz或更高(例如太赫兹级别)的频率范围,这时共振腔常被用来控制频率。共振腔可以是波导等形式。频率以机械进行调谐(如通过改变共振腔的参数)。
 
用砷化镓材料制造的耿氏二极管可以达到200 GHz的频率,而氮化镓的耿氏二极管可以获得高达3 THz的频率.
 
耿氏二极管的理论基础是耿氏效应(Gunn effect),两个命名中“耿氏”都是来自于IBM的同名物理学家J. B. Gunn,他在1962年发现了这一效应。当时他反对将实验中的一些不连续现象视为噪声,他对这现象做了一些研究。1965年6月,贝尔实验室的Alan Chynoweth指出,只有电子在能谷间的转移可以解释这一实验现象。[1][4]对此现象的解释参见Ridley-Watkins-Hilsum理论。


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