presentation of transferred electron devices (TED)

1. Transferred Electron Devices (TED)
)gunn diode(
‫درس‬:‫رسانا‬ ‫نیمه‬ ‫های‬ ‫افزاره‬
‫استاد‬:‫عبیری‬ ‫دکتر‬
‫دهنده‬ ‫ارائه‬:‫ریاحی‬ ‫هادی‬
1

2. ‫فهرست‬
‫بر‬ ‫نگاهی‬TED
‫اثر‬Gunn
‫تئوری‬RWH
.1‫منفی‬ ‫دیفرانسیلی‬ ‫مقاومت‬
.2‫مدل‬‫دو‬-‫دره‬‫ای‬
‫یافته‬ ‫انتقال‬ ‫اثرالکترون‬
‫گان‬ ‫دیود‬ ‫نوسان‬
‫گان‬ ‫دیود‬ ‫کاربردی‬ ‫مدهای‬
‫گان‬ ‫دیود‬ ‫کاربردهای‬
2

3. ‫نگاهی‬‫بر‬TED
‫واتصال‬ ‫گیت‬ ‫هستند،بدون‬ ‫رسانایی‬ ‫نیمه‬ ‫قطعات‬ ‫گان‬ ‫دیودهای‬(junction).
‫آنها‬‫معموال‬‫از‬‫نیمه‬‫رساناهای‬‫مرکبی‬‫مثل‬(GaAs)‫و‬(InP)‫ساخته‬‫میشوند‬.
‫دیود‬‫گان‬‫به‬‫عنوان‬‫نوسان‬‫ساز‬‫موضعی‬‫که‬‫رنج‬microwave‫رو‬‫پوشش‬‫میدهد،مورد‬‫استفاده‬‫قرار‬‫میگیرد‬.
‫خاصیت‬‫مقاومت‬‫منفی‬‫از‬‫خود‬‫نشان‬‫میدهد‬.
‫دیودهای‬‫گان‬‫بر‬‫اساس‬‫الکترون‬‫متحرکی‬‫کار‬‫میکنند‬‫که‬‫انرژی‬‫ان‬‫خیلی‬‫بیشتر‬‫از‬‫انرژی‬‫گرمایی‬‫است‬.
3

4. ‫بر‬ ‫نگاهی‬TED
4
‫اثرگان‬‫به‬‫نام‬‫دیوید‬‫گان‬‫محقق‬‫انگلیسی‬‫نامگاري‬‫شده‬‫است‬.

5. ‫گان‬ ‫اثر‬
‫اثر‬Gunn‫ابتدا‬‫در‬‫سال‬1963‫توسط‬Gunn‫مشاهده‬‫شد‬.“‫خروجی‬microwave‫وقتی‬‫ایجاد‬‫شد‬‫که‬‫یک‬
‫میدان‬‫الکتریکی‬ac‫که‬‫چند‬‫هزار‬‫ولت‬‫بر‬‫سانتی‬‫متر‬)2000~4000)‫از‬‫ولتاژآستانه‬‫بحرانی‬‫بیشتر‬‫بودبر‬‫یک‬
‫نمونه‬‫نوع‬n‫کوتاه‬‫از‬GaAs‫اعمال‬‫شد‬.
5
cmV

6. ‫گان‬ ‫اثر‬
‫ولتاژ‬ ‫اعمال‬ ‫با‬59 v‫پهنای‬ ‫با‬10 ns(0.1 GHz)‫می‬ ‫متناوب‬ ‫بصورت‬ ‫جریان‬ ‫خروجی‬‫شود‬.
‫با‬ ‫برابر‬ ‫نوسانات‬ ‫فرکانس‬GHz4.5‫بود‬.
‫نوسانات‬ ‫فرکانس‬=‫نمونه‬ ‫مسافت‬ ‫عرض‬ ‫در‬ ‫حامل‬ ‫عبور‬ ‫زمان‬ ‫عکس‬
6

7. RWH ‫تئوری‬
‫گان‬ ‫اثر‬ ‫از‬ ‫شرحی‬:
‫ریدلی‬–‫واتکینز‬-‫هیلسام‬(RWH)‫تئوری‬
‫تئوری‬ ‫این‬ ‫با‬ ‫مرتبط‬ ‫مفهوم‬ ‫دو‬:
.1‫منفی‬ ‫دیفرانسیلی‬ ‫مقاومت‬
.2‫دو‬ ‫مدل‬-‫ای‬ ‫دره‬
7

8. ‫دیفرانسیلی‬ ‫مقاومت‬‫منفی‬
‫تئوری‬ ‫اساسی‬ ‫مفهوم‬RWH‫است‬.
‫میشود‬ ‫ایجاد‬ ،‫وپنج‬ ‫سه‬ ‫گروه‬ ‫ترکیب‬ ‫رسانا‬ ‫نیمه‬ ‫به‬ ‫میشود‬ ‫ولتاژاعمال‬ ‫که‬ ‫وقتی‬.
8

9. ‫دیفرانسیلی‬ ‫مقاومت‬‫منفی‬
‫میکند‬ ‫ناپایدار‬ ‫الکتریکی‬ ‫لحاظ‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫نمونه‬ ‫منفی‬ ‫الکتریکی‬ ‫مقاومت‬.
9

10. ‫دو‬ ‫مدل‬-‫ای‬ ‫دره‬
10

11. ‫دو‬ ‫مدل‬-‫دره‬‫ای‬
‫برای‬ ‫دره‬ ‫دو‬ ‫برای‬ ‫مقادیر‬GaAs
11

12. ‫یافته‬ ‫انتقال‬ ‫الکترون‬ ‫اثر‬
12

13. ‫یافته‬ ‫انتقال‬ ‫الکترون‬ ‫اثر‬
‫انت‬ ‫الکترون‬ ‫را‬ ‫دیگر‬ ‫ای‬ ‫دره‬ ‫به‬ ‫هدایت‬ ‫باند‬ ‫در‬ ‫دره‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫الکترون‬ ‫انتقال‬‫قالی‬
‫مینامند‬.
‫گروه‬ ‫عناصر‬ ‫از‬ ‫درتعدادی‬3‫و‬5‫مانند‬GaAs‫و‬InP‫اینکه‬ ‫از‬ ‫بعد‬‫حد‬ ‫به‬ ‫میدان‬
‫میدان‬ ‫افزایش‬ ‫با‬ ‫رسید‬ ‫آستانه‬,‫میشود‬ ‫کم‬ ‫الکترونها‬ ‫تحرک‬,‫مقاومت‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬ ‫که‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫تولید‬ ‫منفی‬.
‫اثر‬‫الکترون‬-‫منتقلی‬,‫د‬ ‫یکک‬ ‫از‬ ‫قوی‬ ‫میدان‬ ‫یک‬ ‫تحت‬ ‫رسانش‬ ‫الکترونهای‬ ‫انتقال‬‫ره‬
‫نت‬ ‫در‬ ‫ککه‬ ‫اسکت‬ ‫کمتر‬ ‫باالتروتحرک‬ ‫انرژی‬ ‫های‬ ‫دره‬ ‫به‬ ‫باال‬ ‫تحرک‬ ‫و‬ ‫کم‬ ‫انرژی‬‫یجکه‬
‫منفکی‬ ‫دیفرانسیلی‬ ‫تحرک‬ ‫یک‬ ‫ایجاد‬ ‫باعث‬(µ 𝑑)‫یکا‬‫دیفرانسکیلی‬ ‫مقاومکت‬‫منفکی‬
‫میشود‬.
13

14. ‫یافته‬ ‫انتقال‬ ‫الکترون‬ ‫اثر‬
14

15. ‫یافته‬ ‫انتقال‬ ‫الکترون‬ ‫اثر‬
‫در‬‫دره‬‫پایینی‬‫الکترونها‬‫جرم‬‫موثر‬‫کوچک‬‫و‬‫تحرک‬‫بسیار‬‫باالیی‬‫دارند‬.
‫در‬‫دره‬‫باالیی‬‫الکترونها‬‫جرم‬‫موثر‬‫بزرگ‬‫و‬‫تحرک‬‫بسیار‬‫کمی‬‫دارند‬
‫اختالف‬‫انرژی‬‫بین‬‫دو‬‫دره‬‫با‬()‫نشان‬‫داده‬‫میشود‬,‫که‬‫نباید‬‫بیش‬‫از‬‫اندازه‬
‫کوچک‬‫باشد‬.
‫در‬‫حالت‬‫تعادل‬‫و‬‫در‬‫دمای‬‫اتاق‬‫بیشتر‬‫الکترونها‬‫در‬‫دره‬‫پایینی‬‫قرار‬‫گرف‬‫ته‬‫اند‬.‫اما‬
‫به‬‫خاطرتحرک‬‫زیاد‬‫شان‬‫به‬‫راحتی‬‫می‬‫توانند‬‫تحت‬‫تاثیر‬‫یک‬‫میدان‬‫الکتری‬‫کی‬
‫قوی‬‫به‬‫دره‬‫باالتربروند‬.
15
E

16. ‫یافته‬ ‫انتقال‬ ‫الکترون‬ ‫اثر‬
‫قطعه‬ ‫یک‬ ‫رسانایی‬n-type‫از‬GaAs:
1. e = Electron charge
2. μ = Electron mobility
3. = Electron density in the lower valley
4. = Electron density in the upper valley
5. is the electron density
16
𝑛𝑙

17. ‫یافته‬ ‫انتقال‬ ‫الکترون‬ ‫اثر‬
‫اعمالی‬ ‫میدان‬ ‫حسب‬ ‫بر‬ ‫رانشی‬ ‫سرعت‬ ‫نمودار‬:
17

18. ‫یافته‬ ‫انتقال‬ ‫الکترون‬ ‫اثر‬
18
‫استانه‬ ‫میدان‬ ‫از‬ ‫بیش‬ ‫الکتریکی‬ ‫میدان‬ ‫افزایش‬ ‫با‬(Fc)‫میابد‬ ‫کاهش‬ ‫مرور‬ ‫به‬ ‫رانشی‬ ‫سرعت‬ ‫میزان‬.

19. ‫یافته‬ ‫انتقال‬ ‫الکترون‬ ‫اثر‬
‫گرمایی‬ ‫انرژی‬ ‫از‬ ‫بزرگتر‬ ‫همواره‬ ‫دره‬ ‫دو‬ ‫بین‬ ‫انرزی‬ ‫تفاوت‬(KT=0.0257eV)‫است‬.
‫انرژی‬ ‫از‬ ‫کمتر‬ ‫باید‬ ‫حتما‬ ‫دودره‬ ‫بین‬ ‫انرژی‬ ‫تفاوت‬bandgap‫باشد‬.
‫کمت‬ ‫آن‬ ‫موثر‬ ‫جرم‬ ‫ولی‬ ‫بیشتر‬ ‫پایین‬ ‫دره‬ ‫در‬ ‫الکترون‬ ‫جنبش‬ ‫میزان‬‫است‬ ‫ر‬
‫باالتر‬ ‫دره‬ ‫در‬ ‫الکترون‬ ‫به‬ ‫نسب‬.
‫ناحیه‬NDR‫آستانه‬ ‫میدان‬ ‫از‬ ‫بعد‬) (‫شود‬ ‫می‬ ‫شروع‬.
‫داریم‬ ‫را‬ ‫سرعت‬ ‫پیک‬ ‫ما‬ ‫آستانه‬ ‫میدان‬ ‫در‬.
‫شبکه‬ ‫دمای‬ ‫افزایش‬ ‫با‬ ‫آستانه‬ ‫میدان‬,‫سرعت‬ ‫پیک‬ ‫و‬ ‫یابد‬ ‫می‬ ‫افزایش‬
‫یابد‬ ‫می‬ ‫کاهش‬
19
T


20. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫در‬ ‫نوسان‬
20

21. ‫در‬ ‫نوسان‬‫دیود‬‫گان‬
21

22. ‫نوسان‬‫دیود‬ ‫در‬‫گان‬
22

23. ‫در‬ ‫نوسان‬‫دیود‬‫گان‬
23

24. ‫نوسان‬‫دردیود‬‫گان‬
24

25. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫در‬ ‫نوسان‬
25

26. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫در‬ ‫نوسان‬
26

27. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫در‬ ‫نوسان‬
27

28. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫در‬ ‫نوسان‬
28

29. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫در‬ ‫نوسان‬
29

30. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫در‬ ‫نوسان‬
30

31. ‫به‬ ‫ها‬ ‫گان‬ ‫عملیاتی‬ ‫های‬ ‫مشخصه‬5‫دارند‬ ‫بستگی‬ ‫عامل‬:
.1‫تمرکز‬doping‫یکنواختی‬ ‫و‬doping‫درقطعه‬
.2‫فعال‬ ‫ناحیه‬ ‫طول‬
.3‫کاتدی‬ ‫اتصال‬ ‫های‬ ‫مشخصه‬
.4‫کننده‬ ‫عمل‬ ‫بایاس‬ ‫ولتاژ‬
.5‫مدار‬ ‫اتصاالت‬ ‫نوع‬
‫گان‬ ‫دیود‬ ‫نوسانات‬ ‫مدهای‬
31

32. ‫دیود‬ ‫کاربردی‬ ‫مدهای‬‫گان‬
‫مد‬‫رزونانسی‬‫گان‬:
1. (f x L) = 107 cm/s and (n x L) > 1012 /cm2
2. Cyclic formation of High field domain
‫مد‬‫تقویت‬‫کنندگی‬‫پایدار‬:
1. (f x L) = 107 cm/s and 1011/cm2 < (n x L) >1012/cm2
‫مد‬LSA:
1. (f x L) >107 cm/s and 2 x 104 < (n/f) > 2 X105/cm2
‫مد‬‫جریان‬‫بایاس‬:
1. (f x L) is small. L is very small. When E=Eth current falls as Gunn oscillation begins, leads to oscillation in bias circuit (1KHz to 100MHz)
32

33. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫نوسانات‬ ‫مدهای‬
33
‫گان‬ ‫رزونانسی‬ ‫مد‬:
.1‫مد‬ ‫گان‬:

34. ‫دیود‬ ‫نوسانات‬ ‫مدهای‬‫گان‬
.2‫یافته‬ ‫تاخیر‬ ‫مد‬:
34
Efficiency: 20%

35. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫نوسانات‬ ‫مدهای‬
.3‫فرونشسته‬ ‫مد‬:
35
Efficiency : 13%
If bias field drops below Es, domain
collapses before it reaches anode.

36. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫نوسانات‬ ‫مدهای‬
‫مد‬LSA:
36
Efficiency : 20%

37. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫مداری‬ ‫مشخصات‬
Power: 1W (Between 4HHz and 16GHz)
Gain Bandwidth product : >10dB
Average gain : 1 – 12 dB
Noise figure : 15 dB
37

38. ‫گان‬ ‫دیود‬ ‫های‬ ‫کاربرد‬
‫راداری‬ ‫انتقال‬
‫صنعت‬ ‫در‬ ‫عبوری‬ ‫هوای‬ ‫جریان‬ ‫کنترل‬
‫کننده‬ ‫تقویت‬
‫سریع‬ ‫فوق‬ ‫منطقی‬ ‫مدارات‬
‫پایین‬ ‫توان‬ ‫های‬ ‫کننده‬ ‫دریافت‬
38

39. 39
Tanks for your attention
Tanks for your
attention
Any questions?