48. Эффект Ганна. Отрицательная дифференциальная проводимость. Физические принципы работы диодов Ганна.

ГАННА ЭФФЕКТ - генерация высокочастотных колебаний электрич. тока в полупроводниках с N-образной объёмной вольтамперной характеристикой. Генерация возникает, если пост.напряжение U, приложенное к образцу длиной l, таково, что ср. электрич. поле в образце E=U/I соответствует падающему участку вольтамперной характеристики (зависимости плотности тока j от напряжённости электрич. поля E), на к-ром дифференц. сопротивлениеdE/dj отрицательно. Колебания тока имеют вид периодич. последовательности импульсов, их частота увеличивается с уменьшением l (в достаточно длинных образцах как l^-1). Г. э. наблюдается гл. обр. в т. н. многодолинных полупроводниках, зона проводимости к-рых состоит из одной ниж. долины и одной или неск. верх. долин. Подвижность электронов в верх. долинах значительно меньше, чем в ниж. долине. В сильных электрич. полях происходит разогрев электронов и часть электронов переходит из ниж. долины в верхние, вследствие чего ср. подвижность носителей заряда и электропроводность падают. Это приводит к падению плотности тока с ростом E в полях, превышающих нек-рое критич. поле Е_кр. Г. э. вызван тем, что в образце в режиме пост. напряжения периодически возникает, перемещается по нему и исчезает область сильного электрич. поля, наз. электрич. доменом или доменом Ганна. Домен возникает потому, что однородное распределение электрич. поля вдоль образца неустойчиво в том случае, когда объёмное дифференц. сопротивление отрицательно. Г. э. наблюдается помимо GaAs и InP также в др. полупроводниках с электронной проводимостью: InSb, CdTe, Ge, In_xGa_1-xAs, GaSb_xAs_1-x, Ga_xIn_1-xSb, GaAs_xP₁__х и др., а также в одноосно-деформированном Ge с дырочной проводимостью. Г. э. используется для создания генераторов и усилителей СВЧ.

ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, свойство некоторых нелинейных элементов электрических цепей, выражающееся в уменьшении падения напряжения на них при увеличении протекающего тока (или наоборот). С точки зрения радиотехники такие элементы являются активными, позволяющими трансформировать энергию источника питания в незатухающие колебания. Такие элементы можно также использовать в схемах переключения. Понятие О. д. с. используют при рассмотрении устойчивости разл. радиотехн. цепей. О. д. с. может компенсировать нек-рую часть потерь в электрич. цепи, если его абс. величина меньше активного сопротивления; в противоположном случае состояние становится неустойчивым, возможен переход в др. состояние устойчивого равновесия (переключение) или возникновение колебаний (генерация). В однородном образце полупроводника в области существования. Примеры элементов с О. д. с. : 1) Электронно-дырочный переход в вырожденных полупроводниках (туннельный диод) 2) Полупроводники типа GaAs или InP в сильных электрич. полях позволяют реализовать характеристику N-типа в объёме материала за счёт зависимости подвижности электронов от напряжённости электрич. поля (Ганна эффект ).В сильном электрич. поле образец становится неустойчивым, переходит в резко неоднородное состояние - разбивается на области (домены) слабого и сильного поля. Рождение (на катоде), движение по образцу и исчезновение домена (на аноде) сопровождаются колебаниями тока во внеш. цепи. 3) В транзисторных и ламповых генераторах электромагнитных колебаний.

ДИОД   ГАННА  - это однородный кристалл, изготовленный из некоторого полупроводника, чаще всего - арсенида галлия. На торцах кристалла нанесены металлические контакты.  Диод   Ганна  - это полупроводниковый прибор с двумя электродами, не содержащий p-n-переходов, т.е. все его свойства полностью определяются собственными свойствами применяемого полупроводникового материала, а не эффектами, возникающими в местах соединения различных полупроводников. Принцип  действия  диода   Ганна  основан на одноименном эффекте. Суть эффекта  Ганна  заключается в возникновении отрицательной дифференциальной проводимости в однородных полупроводниках под действием сильного поля.