Tunelová dioda

Tunelová dioda nebo Esakiho dioda (vynalezená Leo Esaki v roce 1957) je polovodičová dioda založená na degenerovaném polovodiči , na jejíž proudově-napěťové charakteristice je při přivedení napětí v propustném směru úsek se záporným pólem . diferenciální odpor v důsledku tunelového efektu .

Zařízení

Tunelová dioda je pn přechod , obě oblasti jsou extrémně silné, až degenerace , doping — koncentrace donorů v oblasti n a akceptorů v oblasti p mohou překročit 1019 cm – 3 . Jako polovodičový materiál se používají sloučeniny křemíku, germania, A III B V. Zařízení má dva výstupy, které jsou tak či onak připojeny ke společnému obvodu . $N_{D}$ $N_A$

Princip činnosti

Konvenční diody s rostoucím propustným napětím monotónně zvyšují přenášený proud. V tunelové diodě poskytuje kvantové mechanické tunelování elektronů rys proudově-napěťové charakteristiky: prudký nárůst a poté pokles přenášeného proudu se zvýšením stejnosměrného („+“ v oblasti p- ) napětí.

Vzhledem k vysokému stupni dopingu oblastí p a n leží Fermiho hladiny uvnitř povolených pásem : a . V napěťové oblasti od nuly do (zde elementární náboj) se vodivostní pásmo n - oblasti energeticky překrývá s valenčním pásem p - oblasti [1] , čili se ukazuje, že . Při takových napětích umožňuje tunelovací efekt elektronům překonat energetickou bariéru v přechodové oblasti o šířce 50–150 Å a příspěvek k proudu pochází především z energií z průsečíku rozsahů a (většina stavů v rozsahu na jedné straně bariéry jsou vyplněny elektrony a na druhé jsou prázdné, což a vytváří podmínky pro přenos). S dalším zvýšením propustného napětí, a protože energie elektronu při tunelování musí být zachována [2] , je to nemožné - dojde k průrazu proudu. ${\displaystyle E_{Fp))$ ${\displaystyle E_{Fn))$ $E_{vp}>E_{Fp}$ $E_{Fn}>E_{cn}$ $(E_{vp}-E_{Fp})/q+(E_{Fn}-E_{cn})/q$ $q$ ${\displaystyle E_{vp}>E_{cn))$ ${\displaystyle E_{cn}\ldots E_{vp))$ ${\displaystyle E_{Fp}\ldots E_{Fn))$ ${\displaystyle E_{Fp}\ldots E_{Fn))$ ${\displaystyle E_{vp}<E_{cn))$

Výsledná oblast záporného diferenciálního odporu , kde je zvýšení napětí doprovázeno poklesem proudu, se používá k zesílení slabých mikrovlnných signálů.

Paralelně s tunelováním elektronů dochází k jejich vrhání podél vodivostního pásu z oblasti n do oblasti p . Tento proces, stejně jako u konvenční diody, monotónně roste s rostoucím propustným napětím a poskytuje druhý nárůst proudu po poklesu (viz charakteristika proud-napětí).

Historie vynálezu

"Generating Detector"

První „generující detektor“ – diodu tvořenou kontaktem kovu s polovodičem a mající záporný diferenciální odpor – předvedl William Eccles v roce 1910, ale v té době nevzbudil zájem [3] .

Na počátku dvacátých let sovětský radioamatér, fyzik a vynálezce Oleg Losev , nezávisle na Ecclesovi, objevil účinek záporného diferenciálního odporu v krystalických diodách oxidu zinečnatého . Tento efekt byl nazýván “ cristadyne ” a byl používán tvořit a zesilovat elektrické oscilace v rozhlasových přijímačích a vysílačích, ale byl brzy vytlačen z praktického radiotechniky vakuovými zařízeními . Mechanismus výskytu účinku cristadinu je nejasný. Mnoho odborníků naznačuje, že je to způsobeno tunelovacím efektem v polovodiči, ale přímé experimentální potvrzení tohoto (od roku 2004) nebylo přijato. Existují další fyzikální jevy, které mohou způsobit cristadine efekt [3] . Přitom kristadin a tunelová dioda jsou odlišná zařízení a jejich negativní diferenciální odpor se projevuje v různých částech charakteristiky proud-napětí .

Vlastně tunelová dioda

První tunelovou diodu na bázi germania vyrobil v roce 1957 Leo Esaki , který v roce 1973 obdržel Nobelovu cenu za fyziku za experimentální objev účinku tunelování elektronů v těchto diodách.

Aplikace

V praxi se nejvíce používají tunelové diody od Ge , GaAs a také od GaSb . Tyto diody jsou široce používány jako předzesilovače, oscilátory a vysokofrekvenční spínače. Pracují na frekvencích, které jsou mnohonásobně vyšší než provozní frekvence tetrod – až 30...100 GHz .

Viz také

Poznámky

↑ Tunelová dioda / Esaki L. // Tardigrades - Ulyanovo. - M .: Sovětská encyklopedie, 1977. - S. 316. - ( Velká sovětská encyklopedie : [ve 30 svazcích] / šéfredaktor A. M. Prochorov ; 1969-1978, v. 26).
↑ Tunelový efekt / Kirzhnits D. A. // Tardigrades - Uljanovo. - M .: Sovětská encyklopedie, 1977. - S. 316-317. - ( Velká sovětská encyklopedie : [ve 30 svazcích] / šéfredaktor A. M. Prochorov ; 1969-1978, v. 26).
↑ 1 2 Novikov M. A. Oleg Vladimirovič Losev - průkopník polovodičové elektroniky (K stému výročí narození) // Fyzika pevných látek. - 2004. - T. 46 , no. 1 . - str. 5-9 . Archivováno z originálu 19. února 2012.

Literatura

Elkin S.A. Tunelová dioda: posouzení, výběr a praktické použití // Radioamator: journal. - 2006. - č. 4 . - S. 26-29 . (Ruština)
Lebedev AI Fyzika polovodičových součástek. Fizmatlit, 2008.
Polyakov Alexandr Michajlovič § 27. Tunelové diody // Rozpletený polovodič. - M . : Vzdělávání, 1981. - S. 137-145. — 160 s. — (Svět vědění).

Odkazy

Tunelové a reverzní diody

Polovodičové diody
Po domluvě	LED diody Fotodiody Polovodičové lasery Oprava Puls vysoká frekvence Mikrovlnná trouba zenerovy diody
LED diody	Superluminiscenční dioda organické LED Modrá LED Bílá LED
Oprava	selenový usměrňovač Usměrňovač oxidu mědi
Generátorové diody	Lavinová dioda tunelová dioda Gunnova dioda
Zdroje referenčního napětí	Zenerova dioda Se skrytou strukturou Lavinová dioda Stabistor
jiný	Schottkyho dioda obrácená dioda pin dioda Fotodioda Lavinová fotodioda Fotomatice Varicap Varactor Magnetodioda Bodová dioda
viz také	lambda dioda Krystalový detektor Diodový můstek pn -přechod