Gunn dioda je elektronička komponenta s kojom se lako mogu proizvesti mikrovalni signali malih i srednjih snaga. Gunn diodu tvore slojevi posebnih materijala kao što su galij-arsenid (GaAs) ili indij-fosfid (InP), koji su u mogučnosti oscilirati na frekvencijama od nekoliko gigaherca (GHz) pa sve do reda 100 GHz. Gunn diode napravljene od galij-nitrida mogu doseći frekvenciju i do 3 THz.
Gunn dioda je dio poluvodiča sa primjesama s dva električna kontakta na suprotnim krajevima (u suštini, konstrukcije Gunn dioda su vrlo složene, nego što ovaj tekst opisuje). Gunn dioda u stvari nije dioda jer koristi samo jedan tip poluvodiča, za razliku od pravih dioda koje imaju P i N sloj poluvodiča. Zove se dioda jer ima dvije elektrode, i nelinearnu krivulju u grafu I/V kao kod običnih dioda, samo što je graf I/V kod običnih dioda simetričan. Npr. ako napon V u koordinatnom sustavu daje struju I, onda napon -V daje struju -I. Povećanjem napona i proticanje struje će biti veće (nelinearno). Unutar Gunn diode postoje 3 glavna područja ili sloja; područje oko vrha, sredine i dna. Sva tri sloja tvore N tip poluvodiča. Područje oko vrha i dna tvore materijan N+ sa visokim postotkom primjesa. Ti slojevi su spojeni na bazu, koja ujedno služi i za odvođenja viška topline, jer Gunn diode imaju niski koeficijent iskoristivosti. Centralno područje ili sloj diode naziva se i aktivno područje ili sloj, debljine svega oko 10 mikrona ali može varirati, jer debljina aktivnog sloja važan je parametar koji određuje frekvenciju. To područje je sa manje primjesa od područja vrha i dna. Materijali od kojeg su napravljene Gunn diode najčešće su od galij-arsenida (GaAs) ili indij-fosfida (InP).
Kako Gunn dioda radi? Pogledajmo Sl.1 I/V krivulju koja će nam pomoći objasniti Gunnov efekt ili efekt negativnog otpora. Za niže napone do 1 V, Gunn dioda se ponaša kao linearni otpornik, krivulja I/V je linearna (pravac). Zatim točka u kojoj struja prestaje rasti sa rastom napona, ta točka zove se Vpeak ili Vthreshold (prag napona). Nakon te točke dioda ima negativan otpor (krivulja pada prema dole). Radna točka obično se nalazi na naponu koji je 4 puta veći od praga napona (threshold voltage). Područje u dijagramu od mjesta gdje struja počinje padati povečanjem napona (Vthreshold) pa sve do mjesta gdje se ponovno diže, naziva se područje negativnog otpora, i to područje je razlog zašto diode poput Gunn diode osciliraju. Otkriveno je da kada se dosegne određeni napon kroz aktivno područje diode, izaziva proticanje struje. Tijekom vremena kad strujni impuls teče na drugi kraj, gradijent napona opada, sve dok impuls ne dođe na drugi kraj aktivnog područja, nakon čega gradijent napona opet raste dopuštajući generiranje novog strujnog impulsa. 1963 godine John B. Gunn proizveo je prvi uređaj zasnovan na teorijskim izračunima Cyrila Hilsuma. Oscilatore sa takvim komponentama sklone osciliranju nazivamo jos i oscilatori sa negativnim otporom.
Frekvencija signala kojeg generira Gunn dioda uglavnom ovisi o debljini aktivnog sloja (područja) diode. Tu frekvenciju moguće je mjenjati ako se Gunn dioda montira u šupljinu određenih dimenzija (koja se još naziva i rezonantna šupljina) i mjenja volumen te šupljine. Mjenjanje volumena rezonantne šupljine moguće je ostvariti sa vijkom koji ima na sebi mikronavoj. Zakretanjem vijka unutar šupljine, fizički smanjujemo volumen šupljine, smanjivanjem volumena povećavamo frekvenciju oscilatora. Zakretanjem vijka van šupljine, fizički povečavamo volumen šupljine, odnosno smanjujemo frekvenciju oscilatora. Takvu promjenu frekvencije oscilatora nazivamo mehanička promjena frekvencije, i moguće je takvim postupkom promjeniti frekvenciju Gunn oscilatora za nekoliko stotina megaherca (MHz). Drugi način je promjena frekvencije električnim postupkom, tako da se varikap dioda spregne u Gunn-ov oscilatorni krug. Promjena napona na varikap diodi izaziva promjenu kapaciteta a samim tim i frekvencije oscilatora. Mnogo više učinkovitije mjenjanje frekvencije električnim putem su YIG oscilatori. YIG dolazi od riječi Yttrium Iron Garnet, a označava feromagnetski materijal. Gunn dioda se stavlja unutar šupljine zajedno sa YIG-om koji ima efekt smanjivanja efektivne veličine šupljine. Posebna zavojnica kroz koju se propušta električna struja koja je smještena izvan rezonantne šupljine izaziva efekt povećanja magnetskog volumena YIG-a a time i smanjivanje električne veličine šupljine. U prijevodu, dolazi do povećavanja frekvencije oscilatora. Ovaj način podešavanja frekvencije oscilatora je dosta skup, ima manji nivo faznog šuma i frekvencija se može mjenjati u većem rangu za razliku od mehaničkog podešavanja.
