什么是耿氏二極管？

耿氏二極管是一種用于微波波段振蕩器的二極管。

指利用耿氏效應(yīng)的二極管。使用的主要材料是N型砷化鎵（GaAs），物理學(xué)家JBGunn發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)GaAs晶體施加直流電場(chǎng)時(shí)，超過一定閾值時(shí)會(huì)在微波區(qū)域發(fā)生振蕩。這就是為什么這種現(xiàn)象被稱為癌癥效應(yīng)。

耿氏二極管具有負(fù)阻區(qū)，這種效應(yīng)用于微波振蕩器。這里的負(fù)電阻是指電流隨電壓增加而減少的電特性。

耿氏二極管的應(yīng)用

耿氏二極管通常用于利用耿氏效應(yīng)的微波范圍內(nèi)的振蕩器雷達(dá)。

當(dāng)耿氏二極管安裝在空腔或波導(dǎo)中并施加直流電壓時(shí)，它會(huì)根據(jù)晶體的厚度產(chǎn)生自然振動(dòng)。雖然結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但頻率穩(wěn)定性不如普通的由VCO或PLL控制的微波控制方法，因此除了通信之外有時(shí)用于利用多普勒效應(yīng)的速度傳感器也有很多。

熟悉的應(yīng)用包括棒球測(cè)速槍和測(cè)速雷達(dá)。

耿氏二極管原理

耿氏二極管利用微波帶中的振蕩現(xiàn)象，當(dāng)超過臨界電場(chǎng)的電壓施加到具有兩個(gè)能帶的半導(dǎo)體晶體上時(shí)，電子快速躍遷到具有更高能級(jí)的帶時(shí)發(fā)生。當(dāng)繪制能量與波數(shù)的關(guān)系圖時(shí)，GaAs 晶體的能帶圖有兩個(gè)具有不同底部能量和波數(shù)的導(dǎo)帶。

當(dāng)施加電壓時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電流，而產(chǎn)生該電流的電子是導(dǎo)帶中的電子。通常情況下，導(dǎo)帶底部有很多電子，能量較低，隨著電壓的增加，更多的電子將轉(zhuǎn)移到能量較高的導(dǎo)帶。當(dāng)超過一定電壓時(shí)，會(huì)發(fā)生較低能級(jí)導(dǎo)帶中的電子移動(dòng)到較高能級(jí)導(dǎo)帶的現(xiàn)象，導(dǎo)致遷移率降低。

由于這種現(xiàn)象，當(dāng)電壓超過一定水平時(shí)，即使增加電壓，電子的表觀遷移率，即電流值也會(huì)降低，導(dǎo)致負(fù)電阻的特性。隨著電壓進(jìn)一步增加，較低導(dǎo)帶中的電子轉(zhuǎn)移到較高導(dǎo)帶，電流再次增加。

此時(shí)，電子像雪崩一樣發(fā)生急劇的高速運(yùn)動(dòng)，在微波波段出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。典型的VCO（壓控振蕩器）通過晶體管的阻抗匹配來利用負(fù)電阻，但耿氏二極管很好地利用了半導(dǎo)體晶體能帶。

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