Современные диоды Ганна работают в полосе частот более октавы, имеют малые шумы, требуют низковольтных источников питания. Гарантируемый срок службы превышает 100 лет.

Диод Ганна

Дио́д Га́нна (изобретён Джоном Ганном в 1963 году) — тип полупроводниковых диодов, в полупроводниковой структуре не имеет p-n-переходов и используется для генерации и преобразования колебаний в диапазоне СВЧ на частотах от 0,1 до 100 ГГц.

В отличие от других типов диодов, принцип действия диода Ганна основан не на процессах в p-n-переходе, то есть все его свойства определяются не эффектами, которые возникают в местах соединения двух различных полупроводников, а собственными нелинейными свойствами применяемого полупроводникового материала.

Графическое значение в схеме

Конструкция

Диоды Ганна изготовляются в нескольких конструктивных вариантах, которые сводятся к двум основным разновидностям: корпусной и бескорпусной

Конструкция ДГ: а — корпусного; б — бескорпусного

Для защиты от воздействия окружающей среды кристалл ДГ помещают в стандартный металлокерамический диодный корпус. На частотах выше 30 ГГц керамика заменяется кварцем, а сам корпус выполняется по возможности миниатюрным.

Принцип работы

Этот диод сделан из цельного куска полупроводника N-типа, такого как Арсенид Галлия (GaAs) или Фосфид Индия (InP). Диод Ганна состоит из трех энергетических областей, и эта дополнительная третья область на начальном этапе пуста.

Электроны из зоны проводимости, имеющие ничтожно малое удельное электрическое сопротивление, перемещаются в третью область, поскольку они рассеиваются от приложенного к диоду напряжения. Третья область из GaAs имеет подвижность, которая меньше, чем в зоне проводимости.

Из-за увеличения прямого напряжения увеличивается напряженность поля (приложенное напряжение превышает пороговое значение напряжения), вследствие чего электроны достигают состояния, при котором их эффективная масса увеличивается, а скорость уменьшается, что приводит в конечном итоге к снижению тока.

Следовательно, если напряженность поля увеличивается, то скорость дрейфа будет уменьшаться, при этом создается отрицательное добавочное сопротивление в VI зоне. Таким образом, увеличение напряжения увеличит сопротивление, путем возникновения на катоде так называемого домена сильного поля, который движется и достигает анода.

При достижении анода, домен разрушается, и ток вновь возрастает. При поддержании постоянного значения напряжения, на катоде вновь будет возникать новый домен и все повторится вновь. Частота повторения этого процесса связана с толщиной слоя полупроводника (GaAs), и чем больше его толщина, тем меньше частота повторений.

Применение

Диод Ганна используется в следующих областях:

· в генераторах Ганна для генерации частот в диапазоне от 5 ГГц до 35 ГГц на выходе. Генератор Ганн используются в радиосвязи, в военных и коммерческих радиолокационных установках.

· в железнодорожной сфере в качестве датчиков для выявления нарушителей, в целях предотвращения крушения поездов.

· в качестве эффективных генераторов СВЧ в диапазоне частот до сотен ГГц.

· в детекторах дистанционного измерения вибраций и измерении скорости вращения в тахометрах.

· в качестве СВЧ генератора тока (импульсный генератор на диоде Ганна).

· в передатчиках СВЧ для генерации СВЧ-радиоволн при очень малых мощностях.

А так же в датчиках открывания дверей, устройствах управления процессами, охрана периметра, системы безопасности пешеходов, датчиках уровня, в датчиках измерения влажности и в охранных системах.

ДОСТОИНСТВА

В отличие от туннельных, лавинно-пролётных и других диодов, свойства которых определяются процессами в p–n-переходах, свойства диодов Ганна характеризуются явлениями, возникающими в объёме полупроводника с электронной проводимостью.

Аномальная зависимость скорости электронов от напряженности электрического поля в некоторых полупроводниковых соединениях используется для генерации и усиления колебаний СВЧ диапазона. Потребность в подобных источниках СВЧ колебаний, обладающих малыми габаритами и массой, повышенной надёжностью, сравнительно простой конструкцией, предъявляющих в большинстве случаев пониженные требования к источникам питания, в современной радиоэлектронике весьма велика.

Современные диоды Ганна работают в полосе частот более октавы, имеют малые шумы, требуют низковольтных источников питания. Гарантируемый срок службы превышает 100 лет.