Gunn-Effekt

In bestimmten Halbleitern auftretende elektromagnetische (Elektromagnetismus) Schwingungen im GHz-Bereich (Frequenz), die bei einer Feldstärke von etwa 200V/ cm entstehen. Der Effekt wird zur Erzeugung von Frequenzen zwischen 0, 5 und etwa 12, 4 GHz für Geschwindigkeitsmesser, Alarmanlagen etc. genutzt.

In der Elektronik:

Physikalischer Effekt, der in homogenen Halbleitern mit spezieller Bandstruktur unter dem Einfluß eines starken elektrischen Fei des auftritt und zu einem negativen differen Hellen Widerstand fuhrt.

Der G. tritt nur in solchen Halbleitern auf, die im Leitungsband mehrere Energiemi-nima mit stark unterschiedlichen Elektronenbeweglichkeiten aufweisen, so z. B. in einigen III-V-Halbleitern. Der dazu erforderliche Elektronentransfer, d. h. ein Übergang von einem Leitungsbandminimum in ein anderes, geschieht durch energetische Anregung der Ladungsträger: Bei Raumtemperatur (T = 300 K) können nur die unteren, energetisch günstigen Energieniveaus im Hauptminimum HM des Leitungsbandes von den Elektronen besetzt werden, d. h., alle Leitungselektronen befinden sich im Talboden vom HM. Wird an zwei Elektrodeneines Halbleiterwerkstoffs mit Elektronenleitung eine Spannung, d. h. ein elektrisches Feld angelegt, so nehmen die Ladungsträger Energie aus diesem Feld auf und sind in der Lage, im HM höhere Energieniveaus zu besetzen, was zu einer Erhöhung der Driftgeschwindigkeit führt. Oberhalb einer kritischen Feldstärke £k (bei Galliumarsenid etwa 3, 3 kVcm) hat ein erheblicher Anteil der Elektronen genügend Energie, um in das energetisch höher gelegene Nebenminimum NM überzugehen. Diese Umverteilung der Besetzung bewirkt eine Verarmung an Elektronen im HM. Da ihre Beweglichkeit im Tal von NM wesentlich kleiner ist, wird die mittlere Driftgeschwindigkeit der Elektronengesamtheit herabgesetzt, womit sich auch der Stromfluß durch den Halbleiter stark verringert. Die Strom-Spannungs-Kennlinie weist also einen abfallenden Bereich auf, der deshalb als negative differentielle Leitfähigkeit bezeichnet wird.

Infolge dieses Verhaltens entstehen an der schwächer dotierten Katode (n+-Elektrode) Raumladungsschichten bzw. die sog. Dipoloder Gunn-Domänen, die das n-Gebiet durchlaufen und sich zur stärker dotierten Anode (n + +-Elektrode) hin bewegen. Bei geeigneter Vorspannung führt die Wanderung dieser elektrischen Instabilitäten im Volumen zu Oszillationen, so daß sich in Abhängigkeit vom Abstand Anode-Katode Schwingungen mit sehr hoher Frequenz erzeugen lassen. Dieser Effekt wird in Gunn-Elementen und » TED technisch ausgenutzt.

Der G. ist ein typischer Halbleiter-Volumeneffekt (Halbleitereffekt). Er tritt besonders ausgeprägt im Galliumarsenid, lndium-phosphid, Indiumarsenid und in der Mischverbindung Gallium-Indium-Arsenid auf.

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