耿氏二極管基礎知識

來源：深圳市京都玉崎電子有限公司 2026年03月20日 09:47

什么是耿氏二極管

耿氏二極管是一類用于微波頻段振蕩器等設備的二極管。

它是利用耿氏效應工作的二極管，主要采用N 型砷化鎵（GaAs）材料制成。物理學家 J.B.Gunn 發現，對砷化鎵晶體施加直流電場，當電壓超過某一閾值后，器件會在微波頻段產生振蕩，這一現象因此被稱為耿氏效應。

耿氏二極管具有負阻特性區域，利用這一特性可用于微波振蕩器等電路。這里的負阻是指：電壓升高時，電流反而減小的電氣特性。

耿氏二極管基于耿氏效應，主要用于微波頻段振蕩器與雷達相關領域。

將耿氏二極管安裝在諧振腔或波導內并施加直流電壓，它會根據晶片厚度以固有頻率振蕩。其結構相對簡單，但頻率穩定性不如由 VCO、PLL 控制的常規微波源，因此較少用于通信領域，而多用于利用多普勒效應的速度傳感器。

常見應用包括：

耿氏二極管利用半導體晶體的雙能帶結構：當施加電壓超過臨界電場時，電子會快速躍遷到高能級能帶，從而產生微波頻段的振蕩現象。

砷化鎵晶體的能帶結構中，存在兩個導帶，其能量谷底與波數均不相同。

施加電壓時會產生電流，載流電子位于導帶中。通常多數電子集中在能量較低的導帶底；隨著電壓升高，部分電子會轉移到高能導帶。

當電壓超過一定值后，低能導帶的電子大量轉移到高能導帶，導致電子遷移率下降。

由此出現一個特性：超過某一電壓后，即使繼續升高電壓，電子的有效遷移率（即電流）反而下降，呈現負阻特性。

若電壓繼續升高，低能導帶電子全部轉移完畢，電流會再次上升。

在此過程中，電子會發生雪崩式的快速遷移，從而在微波頻段引發振蕩。

普通 VCO（壓控振蕩器）通過晶體管阻抗匹配實現負阻，而耿氏二極管則直接利用半導體晶體固有的能帶結構實現負阻與振蕩。

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