Fantastisk halvleder enhed - tunnel diode

Når man studerer mekanismen for korrigering af en variabelnuværende i kontaktområdet af to forskellige medier - en halvleder og et metal, blev en hypotese fremskreden, at den er baseret på ladetransportørernes såkaldte tunnelingseffekt. På den tid (1932) gav udviklingsniveauet for halvlederteknologier imidlertid ikke os mulighed for at bekræfte gættet ved erfaring. Først i 1958 formåede den japanske videnskabsmand Esaki at bekræfte det briljant og skabe den første nogensinde tunneldiode. På grund af sine fantastiske kvaliteter (især hastighed) tiltrak denne enhed opmærksomheden hos specialister fra forskellige tekniske felter. Her er det værd at forklare, at en diode er en elektronisk enhed, som er en kombination af to forskellige materialer i en enkelt sag med forskellige typer ledningsevne. Derfor kan den elektriske strøm passere gennem den i kun én retning. Polaritetsomformningen fører til en "lukning" af dioden og en stigning i dens modstand. Forøgelse af spændingen fører til "nedbrydning".

Overvej hvordan tunneldioden virker. Den klassiske ensretterlederanordning bruger krystaller med en mængde urenheder, der ikke overstiger 10 til effekten 17 (-3 centimeter). Og da denne parameter er direkte relateret til antallet af gratis ladetransportører, viser det sig, at sidstnævnte aldrig kan være større end den angivne grænse.

Der er en formel, der giver os mulighed for at bestemme tykkelsen af ​​mellemzonen (p-n overgangen):

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

hvor Na og Nd er antallet af ioniserede acceptorerog donorer henholdsvis Pi - 3,1416; q er værdien af ​​elektronladningen U er indgangsspændingen; Storbritannien er den potentielle forskel ved overgangssektionen; E er værdien af ​​den dielektriske konstant.

Konsekvensen af ​​formlen er, at forp-n krydset af den klassiske diode er karakteriseret ved lav feltstyrke og en relativt stor tykkelse. For at elektroner skal komme ind i frizonen, har de brug for ekstra energi (kommunikeret udefra).

Tunneldioden bruger i sin konstruktionsådanne typer af halvledere, som ændrer indholdet af urenheder til 10 til 20 grader (grad -3 centimeter), som er en anden rækkefølge end de klassiske dem. Dette fører til en dramatisk reduktion i tykkelsen af ​​overgangen, den kraftige stigning af feltintensiteten i p-n område og dermed forekomsten af ​​tunnelen overgang indsejling elektron til valensbåndet behøver ikke yderligere energi. Dette sker, fordi energiniveauet af partiklerne ikke ændres med passagen barriere. Tunnelen diode er let at skelne fra det normale for strømspændingskarakteristik. Denne effekt skaber en slags bølge på det - negativ differentiel modstand. På grund af denne tunneling dioder er meget udbredt i højfrekvente enheder (tykkelse gap reduktion p-n gør en sådan indretning en højhastighedsforbindelse), nøjagtighed og som generatorer, og naturligvis, computere.

Selv om strømmen i tunnel-effekten er i stand tilstrømning i begge retninger med en direkte forbindelse af dioden øger intensiteten i overgangszonen, hvilket reducerer antallet af elektroner, der er i stand til at tunnle. En stigning i spænding fører til fuldstændig forsvinden af ​​tunnelstrømmen, og effekten er kun på det almindelige diffuse (som i klassiske dioder).

Der er også en anden repræsentant for lignendeenheder - den omvendte diode. Det er den samme tunneldiode, men med ændrede egenskaber. Forskellen er, at værdien af ​​ledningen ved den omvendte forbindelse, hvori den almindelige ensretterenhed lukkes, har den højere end med den direkte. De resterende egenskaber svarer til tunneldioden: hastighed, lille indre støj, evnen til at rette de variable komponenter.