Удивителен полупроводников уред - тунелен диод

Когато изучаваме механизма за поправяне на променливаток в контактната област на две различни носители - полупроводник и метал, се развива хипотеза, която се основава на т.нар. тунелиращ ефект на носителите на заряд. Въпреки това, през това време (1932 г.) нивото на развитие на полупроводниковите технологии не ни позволи да потвърдим предполагаемостта от опита. Едва през 1958 г. японският учен Esaki успява да го потвърди брилянтно, като създаде първия диод на тунела. Благодарение на невероятните си качества (по-специално скоростта), това устройство привлича вниманието на специалисти от различни технически области. Тук си струва да се обясни, че диодът е електронно устройство, което е комбинация от два различни материала в един случай с различни видове проводимост. Следователно електрическият ток може да преминава през него само в една посока. Повдигането на полярността води до "затваряне" на диода и увеличаване на съпротивлението му. Увеличаването на напрежението води до "разпадане".

Помислете как работи тунелният диод. Класическото токоизправител полупроводниково устройство използва кристали с количество примеси не повече от 10 до мощност от 17 (-3 сантиметра). И тъй като този параметър е пряко свързан с броя на превозвачите с безплатна такса, се оказва, че последният никога не може да бъде по-голям от определената граница.

Има формула, която ни позволява да определим дебелината на междинната зона (p-n прехода):

L = ((Е * (Uk-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd)

където Na и Nd са броят на йонизираните акцептории донори, съответно; Pi - 3.1416; q е стойността на електронен заряд; U е входното напрежение; Великобритания е потенциалната разлика в секцията за преход; Е е стойността на диелектричната константа.

Последицата от формулата е фактът, че заp-n съединението на класическия диод се характеризира с ниска сила на полето и относително голяма дебелина. За да могат електроните да влязат в свободната зона, те се нуждаят от допълнителна енергия (предадена отвън).

Тунелният диод използва в своята конструкциятакива видове полупроводници, които променят съдържанието на онечистване на 10 до 20 градуса (степен -3 cm), която е за различен от класическите. Това води до драматично намаляване на дебелината на прехода, рязкото увеличение на интензивността на полето в областта на р-п и, следователно, появата на преход тунел при въвеждане на електрона да валентната зона не се нуждае от допълнителна енергия. Това е така, защото нивото на енергията на частиците не се променя, когато преминава бариерата. Тунелният диод може лесно да се разграничи от конвенционалните чрез характеристиката му за ток. Този ефект създава един вид разплискване върху него - отрицателна стойност на диференциалната съпротива. Поради това тунелиране диоди са широко използвани в високочестотни устройства (дебелина празнина намаляване р-п прави такова устройство с висока скорост), точно измерване, генератори, и, разбира се, компютри.

Въпреки че токът в тунелния ефект е в състояниеда протича в двете посоки, чрез директно свързване на напрежение диод увеличава преходна зона, намаляване на броя на електрони, които могат да тунелиране пасаж. увеличаване на напрежението води до пълното изчезване на тунелиране ток и ефектът е само обикновен дифузна (както е в класическия диод).

Има и друг представител на подобниустройства - обратната диода. Това е същият тунелен диод, но с променени свойства. Разликата е, че стойността на проводимостта при обратната връзка, при която обикновеното ректифициращо устройство "затваря", е по-високо от това при преките. Останалите свойства съответстват на тунелния диод: скорост, малък вътрешен шум, способност за изправяне на променливите компоненти.