耿氏二極體
耿氏二極體（英語：Gunn diode，中國大陸作耿氏二極管，台灣作甘恩二極體、剛氏二極體），或稱轉移電子元件（transferred electron device, TED）是一種在高頻率電子學中應用的二極體形式。與一般的二極體同時具有N型區和P型區不同，它只由N型雜質半導體材料組成。耿氏二極體具有三個區域：兩端是N型重摻雜區，介於二者中間的是一層輕摻雜的薄層。當電壓施加在耿氏二極體的兩端時，中央薄層處的電梯度（electrical gradients，類似電化學梯度）最大。由於在導體材料中，電流與電壓成正比，導電性將會產生。最終，中央薄層處會產生較高的電場值，從而得到較高的電阻，阻止導電性的進一步增加，電流會開始下降。這意味着耿氏二極體具有負阻（Negative resistance）效應，或稱負微分電阻（Negative differential resistance）。[3]
| 「耿氏二極體」的各地常用名稱 | |
|---|---|
| 中國大陸 | 耿氏二極管[1] |
| 臺灣 | 甘恩二極體、剛氏二極體[1][2] |
利用負微分電阻性質與中間層的時間特性，可以讓直流電流通過耿氏二極體，從而形成一個弛豫振盪器（Relaxation oscillator）。在效果上，耿氏二極體中的負微分電阻會抵消的部分真實存在的正阻值，這樣就可以使電路等效成一個「零電阻」的電路，從而獲得無窮振盪。振盪頻率部分取決於耿氏二極體的中間層，不過也可以通過改變其他外部因素來改變振盪頻率。耿氏二極體被用來構造10 GHz或更高（例如太赫茲級別）的頻率範圍，這時共振腔常被用來控制頻率。共振腔可以是波導等形式。頻率以機械進行調諧（如通過改變共振腔的參數）。
用砷化鎵（GaAs）材料製造的耿氏二極體可以達到200 GHz的頻率，而氮化鎵的耿氏二極體可以獲得高達3 THz的頻率。[4][5]
耿氏二極體的理論基礎是耿氏效應（Gunn effect）[2]，兩個命名中「耿氏」都是來自於IBM物理學家J. B. 耿氏，他在1962年發現了這一效應。當時他反對將實驗中的一些不連續現象視為雜訊，他對這現象做了一些研究。1965年6月，貝爾實驗室的Alan Chynoweth指出，只有電子在能谷間的轉移可以解釋這一實驗現象。[3][6]對此現象的解釋參見芮瓦希 (RWH)[7]理論。
耿氏效應及其與芮瓦希 (RWH) 機制[7]的聯繫，在1970年的一些專著（例如轉移電子元件、以及後來電荷傳輸非線性波動方法等領域的書籍）中被展現。[8]其他一些涉及耿氏二極體的書籍在研究過程中出版，這些資料可以在圖書館等文獻機構查閱到。
參考文獻
編輯- ^ 1.0 1.1 Gunn diode. 國家教育研究院. [2017年1月3日]. （原始內容存檔於2020-10-01）.
- ^ 2.0 2.1 Gunn effect. 國家教育研究院. [2017年1月3日]. （原始內容存檔於2017-01-04）.
- ^ 3.0 3.1 劉恩科; 朱秉升; 羅晉生. 半导体物理学（第4版）. 國防工業出版社. January 1, 2010: 406頁 [2000]. ISBN 978-7-118-06562-6 （中文（中國大陸））.:119-123
- ^ V. Gružinskis, J.H. Zhao, O.Shiktorov and E. Starikov, Gunn Effect and the THz Frequency Power Generation in n(+)-n-n(+) GaN Structures, Materials Science Forum, 297--298, 34--344, 1999. [1] （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Gribnikov, Z. S., Bashirov, R. R., & Mitin, V. V. (2001). Negative effective mass mechanism of negative differential drift velocity and terahertz generation. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 7(4), 630-640.
- ^ John Voelcker. The Gunn effect: puzzling over noise. IEEE Spectrum. 1989. ISSN 0018-9235.
- ^ 7.0 7.1 Ridley-Watkins-Hilsum mechanism. 國家教育研究院. [2017年1月3日]. （原始內容存檔於2017-01-04）.
- ^ P. J. Bulman, G. S. Hobson and B. C. Taylor. Transferred electron devices, Academic Press, New York, 1972