Effet Gunn

« 1 / 2 l 30 aoOt 1967 Série C-44 Fiche N• 1953 Effet Gunn 1.

Après le transistor, la physique des solides est sur le point d'apporter une nouvelle contribution importante à la technologie électronique, mais cette fois dans le domaine des très hautes fréquences.

Il s'agit d'un oscillateur à l'état solide: simplement un minuscule cristal d'arséniure de gallium capable d'émettre des micro-oscillations sous l'action d'une seule tension continue.

Ce dispositif est beaucoup plus simple que le tube à vide employé sous le nom de klystron et sa fabrication en grande série serait bien moins coOteuse.

2.

Cette découverte a été faite fortuitement par J.

B.

Gunn au Watson Research Center (IBM) en 1963.

Celui-ci était alors en train d'étudier un problème de recherche fondamentale posé par le comportement des électrons " excités , dans les semi­ conducteurs.

Travaillant sur un certain type d'arséniure de gallium, il mit en évidence qu'à partir d'un certain champ électrique, et non pas une certaine tension, la loi d'Ohm n'était plus suivie mais laissait place à un régime instable donnant, avec des électrodes suffisamment rapprochées, des oscillations électriques stables ayant une fréquence de 10 9Hz.

3.

Gunn montra qu'en dehors de faibles changements du seuil de tension et de la fréquence sous l'action de la température, le phénomène observé était indépendant de la section de l'échantillon, de l'état de sa surface, du contact des électrodes et que l'action d'un champ d'induction magnétique était sans effet.

En modifiant le voltage de part et d'autre de la tension-seuil, il constata aussi que les oscillations naissaient ou disparaissaient dans un temps très court, peut-être 10-9 seconde.

4.

Ces observations, faites également sur d'autres semi-conducteurs, prouvent l'exis­ tence d'un mécanisme unique, inexplicable, comme l'a montré Gunn, par les causes classiques possibles.

Indépendamment, les physiciens britanniques B.

K.

Ridley, T.

B.

Watkins et C.

Hilsum suggéraient que dans certains semi-conducteurs, dont l'arséniure de gallium, les électrons ont des énergies réparties de telle manière que la résistance électrique devient négative dans une région précise des tensions appli­ quées et que celle-ci donne nai~sance à des oscillations du type observé.

Ridley montra que, dans ces conditions, le cristal n'est pas électriquement homogène: un petit domaine, où le champ électrique est très élevé, se déplace dans l'échantillon de la cathode vers l'anode.

5.

Il est encore difficile de préciser la portée qu'auront les réalisations de ce type dans la technologie liée aux micro-oscillations si ce n'est qu'elles remplaceront les tubes.

Les avantages de la miniaturisation, de la robustesse, de la fabrication à bon marché des appareils Gunn font disparaître les inconvénients du klystron (encombre­ ment, vide, filament, apport d'énergie important).

Les laboratoires Bell obtiennent d'une simple pastille une puissance de 65 mW.

et des oscillations de 2.10 • Hz en continu, de 200 W.

avec des impulsions de 10-7 seconde.

Alors que le klystron, par son prix élevé, n'est employé que dans le domaine industriel et militaire, les appareils Gunn trouveront un emploi étendu dans celui des petits radars pour les bateaux de plaisance, les avions privés et même les automobiles. 2 / 2. »