Gunn震荡器是一种半导体器件，能在GHz范围内产生高频震荡。这种两端器件把固态电子器件的频率超过硅晶体管的几个GHz的限制，扩展到10-100GHz的范围。这种微波元件是通过电子转移机制工作的，它是一种体器件，不需要p-n结进行工作。它的基本工作模式取决于随着p-n结上的电压增加到超过一个临界值导电电子从高迁移率的最初状态转移到低迁移率的状态。随电场（或样品上的电压/长度）的增加，这种迁移率的减小产生了导电率的减小，因此随电压的增加，导致电流的降低，如图 12.1所示。这种负阻现象使得产生高频震荡，甚至高频、高功率放大成为可能。这种器件需要采用某些化合物半导体作为起始材料。例如GaAs、InP和CdTe可以制备良好的Gunn震荡器，而Si、Ge没有这种负阻现象。解释这种现象需要固态能带理论的量子力学讨论。
Gunn二极管偏置在负阻区域将会导致不稳定状态。在均匀掺杂的半导体材料中，任何局部的空间电荷将会迅速消失，其时间常数对GaAs约为10-12秒。这是所谓的介电释放时间（dielectric relaxation time）td，由电磁理论可表示为
式中，e为材料的介电常数、s为电导率。电荷分散的速率按照因子e-t/td与时间成指数关系。在GaAs的负阻区域，电导率是负的，按照式（12.1）td也是负的，因此产生了不稳定性。也就是说，如果Gunn器件偏置在负导电率区域，空间电荷的任何波动会迅速建立起来，而不是经过一个短的时间变成中性了。如果器件的某个地方出现电子密度一个小的不均匀性，那么就会出现局部的电荷偶极子，如图12.3a所示。如果Gunn器件偏置在负导电率区域，那么这个非中性电荷会建立起来，并且按照Poisson方程电场也会建立起来，如图12.3b所示。这个带电区域随着沿外加电场方向的漂移逐渐变大。当这个漂移的空间电荷区或畴到达阳极的欧姆接触时，它将把电流脉冲传输给连接引线，因此传输给外部电路。然后，另一个新的空间电荷畴在阴极形成，这个过程多次重复。因此脉冲频率与漂移长度成反比。
高密度电子区的运动可以作如下较为详细进行描述：图12.4为GaAs的电子平均漂移速度与电场的关系曲线，表示在临界电场以上速度的下降，这是由于电子散射到了高有效质量或低迁移率的状态。考虑器件这样进行偏置，使得平均电场ℰ1指向左边。由于空间电荷区中的电场要高一些，所以那里电子的运动速度要比在中性区的电子慢一些。因此电子密度会增加，引起电子在这个空间电荷层的左边（argmented）积累，而在右边耗尽。这使得空间电荷中的电场上升，直至达到ℰ2（见图12.4），在那里达到稳态。然后，带电畴向右以不变的速度vs漂移而不会长大，这时在带电畴内的电场为ℰ2，在畴外为ℰs。
在这个工作模式中，首先是由J.B.Gunn观察到的，空间电荷畴在到达器件一端的欧姆接触以前逐渐长大成它的稳定构形。为了是这种情况出现，畴的形成时间td必须小于通过器件长度L的渡越时间。
Gunn效应器件article.doc
