chimpi
Páginas: 12 (2920 palabras)
Publicado: 7 de abril de 2013
Diodo Gunn.
El diodo Gunn está basado en el descubrimiento de que materiales semiconductores como el Arseniuro de Galio al ser excitados con una tensión continua, genera frecuencias en el espectro de las microondas, todo esto con la particularidad de no usar contacto óhmicos.
Como ya mencioné, un diodo Gunn se obtiene a partir de mezclas de algunos elementos para obtener otros compuestoscomo el Arseniuro de Galio (GaAs), lo particular de este tipo de aleaciones es que en sus bandas de energías presentan varios valles en la banda de conducción. Cuando la tensión es fuerte en el compuesto, se produce la transferencia de electrones hacia la banda de conducción, al mínimo más fuerte de la banda (el valle de mayor energía). Existe una serie de detalles en cada uno de estos valles, comopor ejemplo al aumentar la energía también aumenta la movilidad de los electrones, lo que a su vez provoca que la masa efectiva de los electrones sea mayor en los niveles energéticos superiores.
En el gráfico podemos observar claramente que la banda superior posee 2 valles y que la separación entre los dos valles corresponde a 0.36eV. Cuando la tensión aumenta, los electrones pasan del valleinferior al superior, representando esto en términos de tensión versus corriente tenemos:
Por ahora solo señalaré que este es el conocido efecto Gunn, y a los dispositivos que lo provocan se loc conoce como dispositivos de transferencia de electrones (TED). Es importante mencionar que los TED o más conocidos como diodos Gunn no se componen de una o varias uniones p-n o n-p, sino que seconstituyen de un solo bloque semiconductor.
El Efecto Gunn.
Bandas de Energía:
La estructura de las bandas de energía del diodo Gunn se muestra en la Siguiente figura:
Como podemos apreciar se incluyen tanto las bandas de valencia (energía de electrón negativa) y de conducción (energía de electrón positiva); nos concentraremos en las bandas de conducción (sobre el eje horizontal). Alobservar detenidamente la primera banda sobre el eje horizontal encontramos que la misma presenta 3 valles, que en la escala horizontal se han denotado como:
L Γ X
Los electrones tienden a ocupar siempre el centro de los valles, para mejor explicación se aproxima los 2 valles Γ y L en la siguiente figura:
La energía de cada electrón en el valle en que se encuentre, puedeaproximarse a través de la siguiente expresión:
Donde la K es la magnitud del vector de onda.
m* es la masa del electrón asociada al valle.
h es la constante de planck
La masa efectiva de un electrón libre en un semiconductor es distinta a la masa de un electrón en el vacío, debido a las interacciones con los átomos del cristal. Por esta razón en importante notar que la masa de un electrón enel valle Γ mΓ* es mucho menor que la masa del electrón en el valle mL* y se la puede cuantificar para el GaAs mediante la siguiente expresión.
mL* = 5 mΓ*
En la figura además se muestra que existe una diferencia de energía entre los fondos de los valles denotada como Δ, y representa la energía que un electrón que se encuentra en el valle Γ debe adquirir para pasar al valle L. En el GaAstenemos:
Δ = 36eV
Proceso de Transferencia de electrones.
Cuando no hay un voltaje aplicado al semiconductor, la mayoría de los electrones ocupan una posición en el valle Γ, ya que la energía termal de los electrones es menor que la de 0.36 eV. Esto lo podemos ver en la siguiente grafica:
La gráfica muestra a los electrones que se encuentran el valle central o Γ, mientras que en el valleL o satélite no existen, esto se explica debido a que la tensión es de 1MV/m lo que hace que la temperatura del cristal no brinde suficiente movilidad a los electrones para que se muevan al siguiente valle. Pero si un voltaje mayor es aplicado entonces la energía de cada electrón crece y le permitirá a algunos electrones moverse de valle, observemos la siguiente figura con un voltaje de...
El diodo Gunn está basado en el descubrimiento de que materiales semiconductores como el Arseniuro de Galio al ser excitados con una tensión continua, genera frecuencias en el espectro de las microondas, todo esto con la particularidad de no usar contacto óhmicos.
Como ya mencioné, un diodo Gunn se obtiene a partir de mezclas de algunos elementos para obtener otros compuestoscomo el Arseniuro de Galio (GaAs), lo particular de este tipo de aleaciones es que en sus bandas de energías presentan varios valles en la banda de conducción. Cuando la tensión es fuerte en el compuesto, se produce la transferencia de electrones hacia la banda de conducción, al mínimo más fuerte de la banda (el valle de mayor energía). Existe una serie de detalles en cada uno de estos valles, comopor ejemplo al aumentar la energía también aumenta la movilidad de los electrones, lo que a su vez provoca que la masa efectiva de los electrones sea mayor en los niveles energéticos superiores.
En el gráfico podemos observar claramente que la banda superior posee 2 valles y que la separación entre los dos valles corresponde a 0.36eV. Cuando la tensión aumenta, los electrones pasan del valleinferior al superior, representando esto en términos de tensión versus corriente tenemos:
Por ahora solo señalaré que este es el conocido efecto Gunn, y a los dispositivos que lo provocan se loc conoce como dispositivos de transferencia de electrones (TED). Es importante mencionar que los TED o más conocidos como diodos Gunn no se componen de una o varias uniones p-n o n-p, sino que seconstituyen de un solo bloque semiconductor.
El Efecto Gunn.
Bandas de Energía:
La estructura de las bandas de energía del diodo Gunn se muestra en la Siguiente figura:
Como podemos apreciar se incluyen tanto las bandas de valencia (energía de electrón negativa) y de conducción (energía de electrón positiva); nos concentraremos en las bandas de conducción (sobre el eje horizontal). Alobservar detenidamente la primera banda sobre el eje horizontal encontramos que la misma presenta 3 valles, que en la escala horizontal se han denotado como:
L Γ X
Los electrones tienden a ocupar siempre el centro de los valles, para mejor explicación se aproxima los 2 valles Γ y L en la siguiente figura:
La energía de cada electrón en el valle en que se encuentre, puedeaproximarse a través de la siguiente expresión:
Donde la K es la magnitud del vector de onda.
m* es la masa del electrón asociada al valle.
h es la constante de planck
La masa efectiva de un electrón libre en un semiconductor es distinta a la masa de un electrón en el vacío, debido a las interacciones con los átomos del cristal. Por esta razón en importante notar que la masa de un electrón enel valle Γ mΓ* es mucho menor que la masa del electrón en el valle mL* y se la puede cuantificar para el GaAs mediante la siguiente expresión.
mL* = 5 mΓ*
En la figura además se muestra que existe una diferencia de energía entre los fondos de los valles denotada como Δ, y representa la energía que un electrón que se encuentra en el valle Γ debe adquirir para pasar al valle L. En el GaAstenemos:
Δ = 36eV
Proceso de Transferencia de electrones.
Cuando no hay un voltaje aplicado al semiconductor, la mayoría de los electrones ocupan una posición en el valle Γ, ya que la energía termal de los electrones es menor que la de 0.36 eV. Esto lo podemos ver en la siguiente grafica:
La gráfica muestra a los electrones que se encuentran el valle central o Γ, mientras que en el valleL o satélite no existen, esto se explica debido a que la tensión es de 1MV/m lo que hace que la temperatura del cristal no brinde suficiente movilidad a los electrones para que se muevan al siguiente valle. Pero si un voltaje mayor es aplicado entonces la energía de cada electrón crece y le permitirá a algunos electrones moverse de valle, observemos la siguiente figura con un voltaje de...
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