Gunn-Effekt
Der Gunn-Effekt [<templatestyles src="IPA/styles.css" />] ist ein physikalischer Effekt, der in manchen Halbleitermaterialien bei hohen elektrischen Feldstärken auftritt und einen negativen differentiellen Widerstand bewirkt.<ref>H. Kroemer: Theory of the Gunn effect. In: Proceedings of the IEEE. Band 52, Nr. 12, 1964, ISSN 0018-9219, S. 1736–1736, doi:10.1109/PROC.1964.3476 (ieee.org [abgerufen am 24. Dezember 2022]).</ref>
Der Effekt wurde 1963 von John Battiscombe Gunn entdeckt, als er Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumphosphid (InP) mit ohmschen Kontakt elektrisch kontaktierte, mit hohen elektrischen Feldstärken belegte und ab einem kritischen Wert eine hochfrequente Oszillation im gemessenen elektrischen Strom bemerkte.<ref>J.B. Gunn: Microwave oscillations of current in III–V semiconductors. In: Solid State Communications. Band 1, Nr. 4, September 1963, S. 88–91, doi:10.1016/0038-1098(63)90041-3.</ref> Der Effekt wurde im Vorfeld von B. K. Ridley, T. B. Watkins (beide damals am Mullard Research Laboratories)<ref>Mullard Research Laboratories – Newly Discovered Oral Histories. In: IET Archives blog. 12. April 2016, abgerufen am 24. Dezember 2022 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref><ref>Mullard Limited | Science Museum Group Collection. The Science Museum Group, abgerufen am 24. Dezember 2022 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> und C. Hilsum theoretisch vorausgesagt und wird daher auch Ridley-Watkins-Hilsum-Gunn-Mechanismus genannt.<ref>B K Ridley, T B Watkins: The Possibility of Negative Resistance Effects in Semiconductors. In: Proceedings of the Physical Society. Band 78, Nr. 2, 1. August 1961, ISSN 0370-1328, S. 293–304, doi:10.1088/0370-1328/78/2/315.</ref><ref>Michael Shur: Ridley-Watkins-Hilsum-Gunn Effect. In: GaAs Devices and Circuits. Springer US, Boston, MA 1987, ISBN 978-1-4899-1991-5, S. 173–250, doi:10.1007/978-1-4899-1989-2_4 (springer.com [abgerufen am 24. Dezember 2022]).</ref> H. Kromer erklärte ihn als Elektronentransferprozess.<ref name="AuthKuglerMittenzwei">J. Auth, F. Kugler, H. W. Mittenzwei: Gunn-Effekt. In: Manfred von Ardenne (Hrsg.): Effekte der Physik und ihre Anwendungen. Harri Deutsch Verlag, 2005, ISBN 978-3-8171-1682-9, S. 394–401.</ref>
Angewendet wird der Effekt bei der Gunn-Diode in Hohlleitern, um Mikrowellen zu erzeugen.
Beschreibung
Damit der Gunn-Effekt in einem Halbleiter auftreten kann, muss eines der für die Leitung von elektrischem Strom verantwortlichen Energiebänder ein relatives Minimum (Elektronentransport) beziehungsweise Maximum (Defektelektronentransport) 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 Stromfluss durch den Halbleiter mit steigender 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 eV), so werden sie in Wechselwirkung mit optischen Phononen in das relative Minimum gestreut. Da die effektive Masse der Elektronen umgekehrt proportional zur Krümmung des Bandes ist, haben die Elektronen im Seitental eine höhere effektive Masse und dadurch eine geringere mittlere Beweglichkeit. Daher sinkt der Strom bei steigender Spannung wieder ab, d. h., es stellt sich ein negativer differentieller Widerstand ein.<ref name="AuthKuglerMittenzwei" /><ref></ref>
Literatur
Einzelnachweise
<references />