一种用于微波波段振荡器的二极管——耿氏二极管

　　指利用耿氏效应的二极管。使用的主要材料是N型砷化镓（GaAs），物理学家JBGunn发现，当对GaAs晶体施加直流电场时，超过一定阈值时会在微波区域发生振荡。这就是为什么这种现象被称为癌症效应。

　　耿氏二极管具有负阻区，这种效应用于微波振荡器。这里的负电阻是指电流随电压增加而减少的电特性。

　　当耿氏二极管安装在空腔或波导中并施加直流电压时，它会根据晶体的厚度产生自然振动。虽然结构比较简单，但频率稳定性不如普通的由VCO或PLL控制的微波控制方法，因此除了通信之外有时用于利用多普勒效应的速度传感器也有很多。

　　耿氏二极管利用微波带中的振荡现象，当超过临界电场的电压施加到具有两个能带的半导体晶体上时，电子快速跃迁到具有更高能级的带时发生。当绘制能量与波数的关系图时，GaAs 晶体的能带图有两个具有不同底部能量和波数的导带。

　　当施加电压时，就会产生电流，而产生该电流的电子是导带中的电子。通常情况下，导带底部有很多电子，能量较低，随着电压的增加，更多的电子将转移到能量较高的导带。当超过一定电压时，会发生较低能级导带中的电子移动到较高能级导带的现象，导致迁移率降低。

　　由于这种现象，当电压超过一定水平时，即使增加电压，电子的表观迁移率，即电流值也会降低，导致负电阻的特性。随着电压进一步增加，较低导带中的电子转移到较高导带，电流再次增加。

　　此时，电子像雪崩一样发生急剧的高速运动，在微波波段出现振荡现象。典型的VCO（压控振荡器）通过晶体管的阻抗匹配来利用负电阻，但耿氏二极管很好地利用了半导体晶体能带。

　　速度传感器是耿氏二极管的典型应用，一般利用一种称为多普勒效应的物理现象。多普勒效应是指从快速移动的物体辐射的电磁波的反射波与原始频率相比具有不同的表观频率的原理。

　　GaAs晶体中的耿氏二极管的频率约为10GHz，并且根据该频率波动差计算被照射物体的速度。顺便说一句，这种频率变化差异在物理术语中被表达为“节拍”，当涉及到棒球测速枪和汽车速度测量的 100 公里范围内的速度测量时，相对于 10 GHz 频率的变化是成为很小的比例。

　　耿氏二极管、类似的impad二极管和谐振隧道二极管作为亚太赫兹频率振荡器的研究材料目前正在引起研究机构的关注。由于它是一种可以相对容易地产生亚太赫兹频率电磁波的二端器件，因此正在研发应用于Beyond5G/6G以及光通信领域的亚太赫兹频率。

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