Блог компании RUVDS.com. Автор: DAN_SEA. Среди физических эффектов особняком стоит один весьма интересный феномен, который получил название эффекта Ганна, по имени английского физика Джона Ганна, открывшего его в 1963 году…

Суть его заключается в том, что если к однородному образцу из специального материала с имеющимися электрическими контактами приложить электрическое поле, величина которого превышает некоторое пороговое значение (эффект наблюдался первооткрывателем на кристаллах арсенида галлия и фосфида индия; для первого напряжённость электрического поля должна составлять 3 кВ/см, а для второго — 6 кВ/см), то во внешней электрической цепи начинают наблюдаться колебания тока. Причём было обнаружено, что период этих колебаний примерно равен времени полёта электронов от катода к аноду, а частота колебаний была достаточно большой и находилась в области СВЧ-диапазона: T₀ ≈ L/u_g, где: L — длина экземпляра; u_g — скорость дрейфа электронов.

Через некоторое время он опубликовал результаты своих исследований в более подробном виде, где было показано, что при превышении некоторого порогового значения в исследуемом образце образуется область сильного электрического поля (в литературе эта область обычно называется доменом), которая дрейфует от катода к аноду и исчезает у анода, а скорость этого дрейфа примерно составляет 10⁷ см/с.

Процесс является периодическим, то есть повторяется, и характеризуется тем, что при появлении домена величина тока падает, а при исчезновении домена снова возрастает и достигает порогового значения. При этом размер этого домена достигает приблизительно 1/10 — 1/30 от длины образца:

Картинка: М. Е. Левинштейн, Ю. К. Пожела, М. С. Шур — «Эффект Ганна»

Конструкции диода Ганна

На момент появления конструкция диодов была достаточно упрощённой (1), и в большинстве своём представляла пластину из арсенида галлия, на которую наносились контакты, имеющие меньшее сопротивление, чем эта пластина. Основными проблемами такой конструкции являются сложность нанесения контактов и отвод тепла.

Альтернативным подходом является создание диодов по технологии сэндвич (2), где на поверхность пластины из арсенида галлия наносятся омические контакты. У такой конструкции также имеются сложности, связанные с теплоотводом из-за большой толщины.

В указанных выше конструкциях частота диода мало зависит от приложенного напряжения и определяется длиной рабочей области арсенида галлия, поэтому были разработаны и альтернативные конструкции (3,4), позволяющие изменением напряжения регулировать рабочую частоту:

Картинка: М. С. Шур — «Эффект Ганна»

Выше было уже сказано о так называемых «омических контактах», под которыми понимают контакты из материала более низкого сопротивления, чем материал диода, максимально возможной плоской формы; при этом сопротивление диода до пороговых значений появления эффекта Ганна соответствует закону Ома.

Несмотря на то, что выше было сказано, что контакты должны иметь максимальную плоскую форму, такие контакты могут быть изготовлены как в виде плоского слоя, который получается с помощью напыления на поверхность арсенида галлия, так и в виде шариков, которые вплавляются в защитной атмосфере прямо в поверхность арсенида галлия.

Интересные физические явления и эффект Ганна