LECCI

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LECCIÓN 10Dispositivos Gunn

• Introducción.
• Distribución de electrones entre mínimos de la
  banda de conducción.
• Transferencia de electrones. Temperatura
  electrónica.
• Inestabilidades de la carga. Modos de operación.

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Estructura de bandas IV, III-V
Mínimos a energías más altas en GaAs, InP, Ge

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Transferencia de electrones
En presencia de un campo E, si la energía ganada
por los electrones (evEt) es mucho mayor que la
energía térmica media (kT), se producirá un
desequilibrio entre la temperatura de la red y la
temperatura del gas de electrones (Te gtT).
te el tiempo de relajación de la energía
electrónica, determinado por procesos
inelásticos. A la temperatura TE cambia la
distribución de los electrones
La corriente será ahora
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Transferencia de electrones
Sustituyendo la expresión de v en la de TE
La solución numérica de esta ecuación permite
obtener TE y la densidad de corriente
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Inestabilidades de carga
Recordemos el tiempo de relajación de Maxwell
Si se fuerza una situación de resistencia
diferencial negativa
Una inestabilidad de carga puede amplificarse, en
lugar de extinguirse.
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Inestabilidades de carga
Ge, varistor
GaAs, InP, diodo túnel
I
I
Tipo S
Tipo N
V
V
1
2
3
1
2
3
I
I
Filamentos de baja resistencia (inestabilidades
destructivas)
Zonas de alta resistencia
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Modos de funcionamiento
En un dispositivo de longitud L, el tiempo de
tránsito será L / v , y el factor de aumento de
carga será
Para que una inestabilidad de carga se
desarrollo, debe haber suficiente carga
disponible en el semiconductor. Si Fgt1, la
inestabilidad se desarrolla rápidamente y
aparecerá una distribución no homogénea de carga
en el dispositivo. La condición puede
reescribirse como
Modo de acumulación
Modo de dominios bipolares
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Modo de acumulación
Se produce una zona de acumulación de electrones
(electrones lentos del mínimo 2), lo que
cambia la distribución de campo en el interior
del dispositivo.
Una pequeña fluctuación en el cátodo genera un
exceso local de electrones que va aumentando a
medida que es arrastrado hacia el ánodo (figura
c).
Los electrones se acumulan porque, al ser
transferidos al mínimo 2, se ralentizan. La
acumulación de carga en el dispositivo hace
disminuir la corriente en el circuito exterior
(figura d).
Cuando la zona de acumulación alcanza el cátodo
la corriente vuelve a aumentar. La zona de
acumulación desaparece y el dispositivo vuelve al
punto de trabajo 1. La frecuencia está fijada por
el tiempo de tránsito.
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Modo de dominios bipolares
Cuando Ln0gt1012 cm-2 la inestabilidad de carga se
desarrolla completamente en una fracción de
tiempo inferior al tiempo de tránsito. La
acumulación es rápida y, por delante de la zona
de acumulación de electrones lentos (electrones
del mínimo 2) se forma una zona de agotamiento,
lo que origina un dipolo, ya que la zona de
acumulación es negativa y la de agotamiento es
positiva. Entre ambas zonas se crea una zona de
campo intenso. Este campo hace aumentar la
velocidad de los electrones lentos,
estabilizándose el dominio cuando la velocidad de
los electrones lentos en el dominio se iguala a
la de los electrones rápidos (del mínimo 1) en el
resto del dispositivo.
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Modo de dominios bipolares
Cuando el dominio se forma (figura 1), la
acumulación de la carga en el dominio hace
disminuir la corriente en el circuito exterior.
La propagación del dominio (figura2) corresponde
a un mínimo de la corriente
La corriente solo vuelve a aumentar cuando la
zona de acumulación del dominio alcanza el ánodo
(figuras 3, 4).
En ambos regímenes de trabajo, es cavidad
resonante de microondas, en la que está el
dispositivo, la que fija la frecuencia de emisión.