Zjawisko Gunna

Zjawisko obserwowane w niektórych typach półprzewodników (np. GaAs), polegające na zmianach natężenia prądu elektrycznego pod wpływem określonej wartości pola elektrycznego, powstające podczas przepływu prądu przez jednorodny półprzewodnik wystawiony na działanie tegoż pola.

Zjawisko zauważone zostało w 1963 roku przez brytyjskiego fizyka Johna Battiscombe’a Gunn’a (na zdjęciu).

Mechanizm zjawiska

Zjawisko charakteryzuje się wzrostem energii kinetycznej elektronów znajdujących się w paśmie przewodnictwa pod wpływem odpowiedniej wartości pola elektrycznego, w wyniku którego następuje przesunięcie ładunków do wyższych części pasma (zmiana w zakresie subpasma charakterystycznego dla danego materiału), w obrębie którego ruchliwość elektronów jest dużo mniejsza.

Działaniu pola elektrycznego towarzyszy przepływ prądu z natężeniem proporcjonalnym do wartości pola i ruchliwości elektronów. Niewielkie wartości natężenia pola elektrycznego generują ruch ładunków w “dolnym” przedziale pasma przewodnictwa. Ich duża ruchliwość oznacza niską rezystywność. Przy zwiększeniu wartości oddziałującego pola część elektronów przedostaje się do “wyższego” pasma, gdzie przebywają z elektronami o niskiej ruchliwości, co skutkuje wzrostem rezystywności półprzewodnika. Wzrost wartości pola stwarza zatem warunki do wystąpienia tzw. ujemnej oporności dynamicznej (konduktancji) półprzewodnika w określonym zakresie przyłożonego napięcia. Efektem jest spadek natężenia płynącego przez półprzewodnik prądu wraz ze wzrostem przykładanego napięcia. 

Występujące zjawisko sprzyja powstaniu w obrębie jednej z elektrod (katody) obszaru silnego pola, które przemieszcza się wzdłuż półprzewodnika w kierunku drugiej z elektrod (anody) gdzie ładunek zostaje pochłonięty. Częstotliwość generacji i ruchu obszarów zależą jedynie od materiału półprzewodnika (dla GaAs wynosi 10⁹–10¹⁰Hz).

Zastosowanie

Zjawisko wykorzystane zostało przy konstrukcji diody Gunna oraz jej zastosowania podczas generacji i wzmacniania sygnałów bardzo wysokiej częstotliwości.