更新时间:2022-08-25 16:54
耿氏二极管(英语:Gunn diode,香港作耿氏二极体,台湾作甘恩二极体、刚氏二极体),或称转移电子器件(transferred electron device, TED)是一种在高频率电子学中应用的二极管形式。与一般的二极管同时具有N型区和P型区不同,它只由N型杂质半导体材料组成。耿氏二极管具有三个区域:两端是N型重掺杂区,介于二者中间的是一层轻掺杂的薄层。当电压施加在耿氏二极管的两端时,中央薄层处的电梯度(electrical gradients,类似电化学梯度)最大。由于在导体材料中,电流与电压成正比,导电性将会产生。最终,中央薄层处会产生较高的电场值,从而得到较高的电阻,阻止导电性的进一步增加,电流会开始下降。这意味着耿氏二极管具有负阻(Negative resistance)效应,或称负微分电阻(Negative differential resistance)。
利用负微分电阻性质与中间层的时间特性,可以让直流电流通过耿氏二极管,从而形成一个弛豫振荡器(Relaxation oscillator)。在效果上,耿氏二极管中的负微分电阻会抵消的部分真实存在的正阻值,这样就可以使电路等效成一个“零电阻”的电路,从而获得无穷振荡。振荡频率部分取决于耿氏二极管的中间层,不过也可以通过改变其他外部因素来改变振荡频率。耿氏二极管被用来构造10 GHz或更高(例如太赫兹级别)的频率范围,这时共振腔常被用来控制频率。共振腔可以是波导等形式。频率以机械进行调谐(如通过改变共振腔的参数)。
耿氏二极管的理论基础是耿氏效应(Gunn effect),两个命名中“耿氏”都是来自于IBM的同名物理学家J. B. Gunn,他在1962年发现了这一效应。当时他反对将实验中的一些不连续现象视为噪声,他对这现象做了一些研究。1965年6月,贝尔实验室的Alan Chynoweth指出,只有电子在能谷间的转移可以解释这一实验现象。对此现象的解释参见Ridley-Watkins-Hilsum理论。
耿氏效应及其与Ridley-Watkins-Hilsum效应的联系,在1970年的一些专著(例如转移电子器件、以及后来电荷传输非线性波动方法等领域的书籍)中被展现。其他一些涉及耿氏二极管的书籍在研究过程中出版,这些资料可以在图书馆等文献机构查阅到。