Эффект Ганна

Эффект Ганна, на принципе которого строят диоды Ганна, был открыт в 1963 году американцем Джоном Ганном. Диод Ганна не обладает электронно-дырочным переходом, а состоит из пластины электронного типа проводимости, выполненной из фосфида индия, арсенида галлия, антимонида галлия и др., к противоположным граням которой подсоединены электроды. Толщина полупроводниковой пластинки составляет от сотен нанометров до сотен микрометров. Концентрация донорных примесей, которые вносят в полупроводник, составляет обычно 10¹⁵ см^–3. Удельное сопротивление не одинаково по протяжённости полупроводника, а максимальная концентрация примеси сформирована у граней пластины, к которым подсоединены контакты. Полупроводниковую пластину обычно выполняют неравномерного сечения сложной конфигурации, создавая на ней выступы и впадины. Работа и параметры диода Ганна напрямую зависят от распределения примесей в полупроводнике и его формы.

Для изучения эффекта Ганна обратим внимание на рисунок 11, на котором представлена зависимость проводимости полупроводника i от напряжённости электрического поля E.

Рисунок 11 – Вольт - амперная характеристика диода Ганна

Подадим напряжение от внешнего источника питания к граням полупроводника, предназначенным для этого. Пока напряжённость поля будет мала, концентрация носителей зарядов от неё зависеть не станет, что отражено на рисунке линейным нарастанием проводимости полупроводника на участке от начала координат до точки A. Последующее повышение напряжённости поля приводит к замедлению роста проводимости полупроводника, и в точке B, соответствующей критической напряжённости поля, она перестанет повышаться.

Дальнейшее увеличение напряжённости поля вызывает повышенную интенсивность ударов электронов об атомы кристаллической решётки полупроводника, что приводит к уменьшению его дифференциальной проводимости на участке от B до C. Участок отрицательного дифференциального сопротивления имеет место лишь для переменных токов и напряжений. При увеличении напряжённости поля в связи с тем, что удельное сопротивление в объёме полупроводника несколько различно и волновые возмущения не постоянны, электроны с малой эффективной массой, называемые «быстрыми», отталкиваемые электрическим полем, начнут формировать и заполнять собой участок в сечении полупроводниковой пластины.