Amazing semiconductor device - tunelová dioda

Při studiu mechanismu narovnání střídavý proud na kontaktní ploše dvou různých médií - polovodičů a kovů, byla předkládána hypotéza, že je založena na tzv. tunelovém efektu nosičů náboje. Nicméně v té době (1932) úroveň vývoje polovodičových technologií nám nedovolila potvrdit odhad podle zkušeností. Teprve v roce 1958 se japonský vědec Esaki podařilo brilantně potvrdit, čímž vznikla první tunelová dioda. Díky svým úžasným vlastnostem (zejména rychlosti) přilákal tento přístroj pozornost odborníků z různých technických oborů. Zde stojí za vysvětlení, že dioda je elektronické zařízení, které je kombinací dvou různých materiálů v jediném případě s různými typy vodivosti. Proto může procházet elektrickým proudem pouze v jednom směru. Zrušení polarity vede k "uzavření" diody a ke zvýšení jejich odporu. Zvýšení napětí vede k "poruše".

Zvažte, jak funguje tunelová dioda. Klasický usměrňovač polovodičové zařízení používá krystaly s množstvím nečistot ne větším než 10 na výkon 17 (-3 centimetrů). A protože tento parametr přímo souvisí s počtem nosičů s volným poplatkem, ukazuje se, že tento parametr nikdy nesmí překročit stanovený limit.

Existuje vzorec, který nám umožňuje určit tloušťku mezilehlé zóny (přechod p-n):

L = ((E * (Uk-U)) / (2 * pi * q)) * ((Na + Nd) / (Na * Nd)) * 1050000,

kde Na a Nd - počet ionizovaných akceptorů a dárců - Pi - 3.1416 - hodnota q nabíjení elektro- U je vstupní napětí, Uk je potenciální rozdíl v přechodové sekci, E je hodnota dielektrická konstanta.

Důsledkem vzorce je skutečnost, že p-n spojení klasické diody je charakterizováno nízkou silou pole a relativně velkou tloušťkou. Aby se elektrony dostaly do volné zóny, potřebují dodatečnou energii (komunikují zvenčí).

Tunelové diody se používají v jejich konstrukci takové typy polovodičů, které mění obsah nečistot do 10 až 20 stupni (stupeň -3 centimetrů), který je příkaz odlišný od těch klasických. To vede k dramatickému snížení tloušťky přechodu, ostré zvýšení intenzity pole na p-n území a, v důsledku toho, je výskyt přechodu tunelu při vstupu do elektron skupiny valence nepotřebuje další energii. To proto, že úroveň energie částice se nemění, jak přechází bariéra. Tunelová dioda lze snadno odlišit od konvenčních tunelů charakteristika proudového napětí. Tento efekt vytváří na něm splash - zápornou hodnotu diferenciálního odporu. Vzhledem k této tunelování diody jsou široce používány ve vysokofrekvenčních zařízení (tloušťka mezery snížení p-n je takové zařízení s vysokou rychlostí), přesné měřicí zařízení, generátory, a, samozřejmě, počítačů.

Ačkoli aktuální tunelový efekt to může proudit v obou směrech, s přímým připojením diody, intenzita v přechodové zóně se zvyšuje, snižuje počet elektronů schopných tunelování. Zvýšení napětí vede k úplnému vymizení tunelového proudu a účinek je pouze na obyčejné difuse (jako u klasických diod).

Také existuje další zástupce takových zařízení - obrácená dioda. Je to stejná tunelová dioda, ale se změněnými vlastnostmi. Rozdíl je v tom, že hodnota vedení na zpětném spojení, ve kterém běžné usměrňovací zařízení "zavírá", má vyšší než u přímého. Zbývající vlastnosti odpovídají tunelové diodě: rychlosti, malého vnitřního šumu, schopnosti narovnat proměnné součásti.