耿氏二极管（Gunn Diode）外延片 *S

       长期以来，耿氏二极管（Gunn diode）一直是毫米波频率下相干发电的首选固态器件。通常，耿氏二极管由均匀掺杂的n型III-V材料（例如，GaAs、InP）组成。制造耿氏二极管最常见的方法是在n+衬底上生长外延层。有源区域的厚度在几微米到几百微米之间。该有源层的掺杂水平在10¹⁴cm^-3和10¹⁶cm^–3之间，低于用于器件的顶部和底部区域的掺杂水平。厚度将根据所需的频率而变化。顶部n+层可以外延沉积或使用离子注入进行掺杂。器件的顶部和底部区域均经过重掺杂，形成 n+材料。这提供了连接设备所需的高电导率区域。可供耿氏二极管外延片，具体以GaAs基外延生长为参考：

1. 耿氏二极管外延结构

2. 关于耿氏二极管

        耿氏二极管，也称传输电子器件（TED），是高频电子器件中使用的具有负电阻的双端半导体电子元件。它基于物理学家JB Gunn在1962年发现的“Gunn效应”。其最大用途是作为一种电子振荡器，在微波中继数据链路发射器、自动开门器等应用中产生微波。

2.1 耿氏二极管结构与特性

        它的内部结构与其他二极管的不同之处在于，它只由N掺杂的半导体材料组成，而大多数二极管由P和N掺杂区域组成。因此，它在两个方向上都导通，不能像其他二极管那样对交流电进行整流。这就是为什么有些来源不使用二极管这个术语，而更喜欢传输电子器件。耿氏二极管有三个区域。其中两个在每个端子处重氮掺杂，中间有一层轻氮掺杂材料。当向器件施加电压时，薄夹层中的电梯度最大化。随着电压的增加，通过该层的电流最初增加，但最终在较高的电场值下，中间层的导电特性发生变化，其电阻率增加，电流减小。这意味着在耿氏二极管的电流-电压（IV）特性曲线上存在负差分电阻区域，并且电流随着施加电压的增加而减小。这种特性允许它们在用直流电压偏置时放大并充当高频放大器，或者变得不稳定并振荡。

耿氏二极管I-V特性曲线

2.2 耿氏二极管工作原理

        当没有施加外部电压时，作为N型材料中的主要电荷载流子的自由电子以高迁移率自由移动。

        当它正向偏置时，电子的运动会产生电流。在普通导体中，当电压增加时，电子的迁移率增加，因此电流增加。但在耿氏二极管中，当施加的电压增加时，由于耿氏效应，高迁移率的电子被迫进入低迁移率状态。 

        因此电导率降低。由于电压和电流之间这种不寻常的关系，就会产生高频振荡电流。

        当形成的电流脉冲到达有源区域的末端时，下一个脉冲开始。这决定了操作频率。这取决于有源区域的厚度。

2.3 耿氏二极管应用

        由于其高频能力，耿氏二极管主要用于微波频率及以上。在这些频率下，它们可以产生任何半导体器件中最高的输出功率。它最常见的用途是振荡器，但也用于微波放大器放大信号。由于二极管是单端口（双端子）器件，放大器电路必须将放大的输出信号与输入输入信号分离，以防止耦合。一个常见的电路是反射放大器，它使用循环器来分离信号。需要一个偏置三通，以将偏置电流与高频振荡隔离开来。

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