Ingeniero

Diodo Gunn

Después de inventar el transistor, Shockley sugirió en 1954 que un dispositivo de resistencia negativa de dos puertas utilizando semiconductores podría tener grandes ventajas sobre los transistores, especialmente a altas frecuencias. En 1961, Ridley y Watkins describieron un nuevo método de obtener una movilidad diferencial negativa en semiconductores. El principio implicaba elcalentamiento por medio de un campo eléctrico de electrones que estaban inicialmente en una sub-banda de alta movilidad y masa ligera. Cuando los electrones tuviesen la temperatura adecuada podían transferir a otra sub-banda de mayor energía, baja movilidad y alta masa. Ridley y Watkins también mencionaron que las aleaciones de Ge-Si y otros compuestos III-V podrían tener en la banda de conducción laestructura de sub-bandas adecuada. Posteriormente en 1962 Hilsum desarrollo un poco más esta teoría para obtener una movilidad diferencial negativa en dispositivos semiconductores Bulk por transferencia de electrones desde bandas de energías de alta movilidad a bandas de baja movilidad. Hilsum calculo cuidadosamente el efecto de transferencia de electrones en varios compuestos III-V y fue elprimero en utilizar los términos amplificadores y osciladores por transferencia de electrones pero no pudo comprobar experimentalmente sus estudios teóricos debido a la baja calidad de los diodos de GaAs de que se disponía en aquel tiempo.
En 1963 J. B Gunn, mientras estudiaba las propiedades del ruido en semiconductores, descubrió el efecto que lleva su nombre. Utilizando discos muy finos de GaAstipo n y en muestras de InP también de tipo n observo la existencia de fluctuaciones periódicas en la corriente que circulaba a través de estas muestras cuando se les aplicaba un voltaje que era superior a un cierto valor crítico. Sin embargo, Gunn no relaciono sus descubrimientos con las teorías de Ridley y Watkins. En ese mismo año, Ridley predijo que un dominio de campo se movía de forma continuaen el cristal formándose en el cátodo y colapsando en el ánodo. Finalmente, Kroemer estableció que el origen de la movilidad diferencial negativa se debía al mecanismo de Ridley-Watkins y Hilsum de transferencia de electrones a los valles satélites que hay en las bandas de conducción tanto del GaAs tipo n como en el InP tipo n y que las propiedades el efecto Gunn no eran más que las oscilacionesde corriente debidas a la nucleación y desaparición periódicas de los dominios de carga espacial que se propagaban a través del cristal. De esta forma se completaba la teoría de los dispositivos de transferencia de electrones correlacionando las predicciones teóricas y los descubrimientos experimentales.
En la actualidad, la relevancia de los diodos Gunn en el diseño de osciladores de altafrecuencia se ha acrecentado gracias a la tecnología de nitruro de galio. Este material es un semiconductor de banda ancha que presenta zonas de movilidad diferencial negativa a campos elevados. En estas zonas se producen transferencias a valles satélites más rápidas que las existentes en el GaAs, gracias a lo cual se pueden diseñar osciladores con frecuencias de corte de 1 THz, muy superiores a las quese obtienen con los gunn convencionales. Asimismo, dado a que la zona de movilidad diferencial negativa se produce a campos muy elevados del orden de los 80 kV/cm, es posible obtener mayores potencias de salida.

Los Semiconductores III-V
Si el semiconductor está debidamente dopado y se encuentra a temperaturas del orden de los 300K, entonces la dinámica de los electrones está regulada por laestadística de Maxwell-Boltzmann. En estas circunstancias, la energía media en equilibrio de los electrones viene dada por el principio de equiparticion, W=3kT/2=0.039 eV, y los mecanismos de colisión mayoritarios son las interacciones con las impurezas ionizadas procedentes del dopado y con los fonones ópticos polares, partículas que dan cuenta de determinadas vibraciones de la red cristalina....