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2024-04-20T20:35:21Z

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Der '''Gunn-Effekt''' [{{IPA|ˈgʌn-}}] ist ein physikalischer Effekt, der in manchen [[Halbleiter]]materialien bei hohen [[Elektrische Feldstärke|elektrischen Feldstärken]] auftritt und einen [[Elektrischer Widerstand#Negativer differentieller Widerstand|negativen differentiellen Widerstand]] bewirkt.<ref>{{Literatur |Autor=[[Herbert Kroemer|H. Kroemer]] |Titel=Theory of the Gunn effect |Sammelwerk=Proceedings of the IEEE |Band=52 |Nummer=12 |Datum=1964 |ISSN=0018-9219 |DOI=10.1109/PROC.1964.3476 |Seiten=1736–1736 |Online=https://ieeexplore.ieee.org/document/1445406 |Abruf=2022-12-24}}</ref>

Der Effekt wurde 1963 von [[John Battiscombe Gunn]] entdeckt, als er [[Galliumarsenid]] (GaAs) oder [[Indiumphosphid]] (InP) mit [[Ohmscher Kontakt|ohmschen Kontakt]] elektrisch kontaktierte, mit hohen elektrischen Feldstärken belegte und ab einem kritischen Wert eine [[Hochfrequenz|hochfrequente]] Oszillation im gemessenen elektrischen Strom bemerkte.<ref>{{Literatur | Autor = J.B. Gunn | Titel = Microwave oscillations of current in III–V semiconductors | Sammelwerk = Solid State Communications | Band = 1 | Nummer = 4| Datum = 1963-09 | Seiten = 88–91| DOI= 10.1016/0038-1098(63)90041-3}}</ref> Der Effekt wurde im Vorfeld von [[Brian Kidd Ridley|B. K. Ridley]], T. B. Watkins (beide damals am ''Mullard Research Laboratories'')<ref>{{Internetquelle |url=https://ietarchivesblog.org/2016/04/12/mullard-research-laboratories-newly-discovered-oral-histories/ |titel=Mullard Research Laboratories – Newly Discovered Oral Histories |werk=IET Archives blog |datum=2016-04-12 |sprache=en |abruf=2022-12-24}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/people/ap8736/mullard-limited |titel=Mullard Limited {{!}} Science Museum Group Collection |hrsg=The [[Science Museum]] Group |sprache=en |abruf=2022-12-24}}</ref> und [[Cyril Hilsum|C. Hilsum]] theoretisch vorausgesagt und wird daher auch '''Ridley-Watkins-Hilsum-Gunn-Mechanismus''' genannt.<ref>{{Literatur |Autor=B K Ridley, T B Watkins |Titel=The Possibility of Negative Resistance Effects in Semiconductors |Sammelwerk=Proceedings of the Physical Society |Band=78 |Nummer=2 |Datum=1961-08-01 |ISSN=0370-1328 |DOI=10.1088/0370-1328/78/2/315 |Seiten=293–304}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Michael Shur |Titel=Ridley-Watkins-Hilsum-Gunn Effect |Sammelwerk=GaAs Devices and Circuits |Verlag=Springer US |Ort=Boston, MA |Datum=1987 |ISBN=978-1-4899-1991-5 |DOI=10.1007/978-1-4899-1989-2_4 |Seiten=173–250 |Online=https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4899-1989-2_4 |Abruf=2022-12-24}}</ref> [[Herbert Kroemer|H. Kromer]] erklärte ihn als [[Elektronentransfer]]prozess.<ref name="AuthKuglerMittenzwei">{{Literatur |Autor=J. Auth, F. Kugler, H. W. Mittenzwei|Hrsg=Manfred von Ardenne |Titel=Gunn-Effekt| Sammelwerk= Effekte der Physik und ihre Anwendungen | Verlag = Harri Deutsch Verlag |Datum=2005|Seiten=394–401| ISBN = 978-3-8171-1682-9}}</ref>

Angewendet wird der Effekt bei der [[Gunn-Diode]] in [[Hohlleiter]]n, um [[Mikrowellen]] zu erzeugen.

== Beschreibung ==
[[Datei:Bandstruktur GaAs.svg|mini|Vereinfachte [[Bandstruktur]] von [[Galliumarsenid|GaAs]] bei 300 K]]
Damit der Gunn-Effekt in einem Halbleiter auftreten kann, muss eines der für die Leitung von elektrischem Strom verantwortlichen [[Bandstruktur|Energiebänder]] ein [[Extremwert|relatives Minimum]] ([[Elektron]]entransport) beziehungsweise Maximum ([[Defektelektron]]entransport) haben, dessen [[Energie]] sich nur wenig vom absoluten Minimum bzw. Maximum unterscheidet.<ref name="AuthKuglerMittenzwei" />

Elektronen, die beispielsweise aus dem [[Valenzband]] in das [[Leitungsband]] angeregt wurden, befinden sich zuerst im absoluten Minimum des Leitungsbandes. Dies führt dazu, dass der [[Elektrischer Strom|Stromfluss]] durch den Halbleiter mit steigender [[Elektrische Spannung|Spannung]] zuerst ansteigt. Erreichen diese Elektronen in einem elektrischen Feld eine Energie, die im Bereich der Energiedifferenz zwischen absolutem und relativem Minimum liegt (bei GaAs 0,29 [[Elektronenvolt|eV]]), so werden sie in Wechselwirkung mit [[Phonon|optischen Phononen]] in das relative Minimum gestreut. Da die [[effektive Masse]] der Elektronen [[Antiproportionalität|umgekehrt proportional]] zur [[Krümmung]] des Bandes ist, haben die Elektronen im Seitental eine höhere effektive Masse und dadurch eine geringere mittlere [[Beweglichkeit (Physik)|Beweglichkeit]]. Daher sinkt der Strom bei steigender Spannung wieder ab, d. h., es stellt sich ein negativer differentieller Widerstand ein.<ref name="AuthKuglerMittenzwei" /><ref>{{Literatur |Autor=Herbert Krömer |Titel=Proposed Negative-Mass Microwave Amplifier |Sammelwerk=Physical Review |Band=109 |Nummer=5 |Datum=1958-03-01 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.109.1856 |Seiten=1856–1856 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.109.1856 |Abruf=2022-12-25}}</ref>

== Literatur ==

* {{Literatur |Autor=P. J. Bulman, G. S. Hobson, B. C. Taylor |Titel=Transferred Electron Devices |Verlag=Academic Press |Jahr=1972 |Sprache=en |ISBN=0-12-140850-7}}
* {{Literatur |Autor=Melvin P. Shaw, Harold L. Grubin, Peter R. Solomon |Titel=The Gunn-Hilsum Effect |Verlag=Elsevier (Academic Press) |Jahr=1979 |Sprache=en |ISBN=978-0-12-638350-8 |DOI=10.1016/B978-0-12-638350-8.X5001-6}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4158552-5|LCCN=sh85057931}}

[[Kategorie:Festkörperphysik]]

[[en:Ridley–Watkins–Hilsum theory]]

Gunn-Effekt - Versionsgeschichte

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