Niesamowite urządzenie półprzewodnikowe - dioda tunelowa

Podczas studiowania mechanizmu rektyfikacji zmiennejPrąd na część styku dwóch różnych środowiskach - półprzewodników i metalu, postawiono hipotezę, że opiera się na tak zwanej tunelowania nośników ładunku. Jednak w tym czasie (1932) poziom rozwoju technologii półprzewodnikowych nie pozwolił nam potwierdzić domysłów z doświadczenia. Dopiero w 1958 r. Japoński naukowiec Esaki zdołał potwierdzić to znakomicie, tworząc pierwszą diodę tunelową. Ze względu na niesamowite właściwości (w szczególności prędkość), to urządzenie przyciągnęło uwagę specjalistów różnych dziedzin techniki. Tutaj warto wyjaśnić, że dioda to urządzenie elektroniczne, które jest połączeniem dwóch różnych materiałów w jednym przypadku o różnych typach przewodności. Dlatego prąd elektryczny może przechodzić przez niego tylko w jednym kierunku. Odwrócenie polaryzacji prowadzi do "zamknięcia" diody i zwiększenia jej rezystancji. Zwiększenie napięcia prowadzi do "awarii".

Zastanów się, jak działa dioda tunelowa. Klasyczne urządzenie półprzewodnikowe prostownika wykorzystuje kryształy o zawartości zanieczyszczeń nieprzekraczającej 10 do potęgi 17 (-3 centymetry). A ponieważ ten parametr jest bezpośrednio związany z liczbą wolnych nośników ładunku, okazuje się, że ten ostatni nigdy nie może być większy niż określony limit.

Istnieje formuła, która pozwala nam określić grubość strefy pośredniej (przejście p-n):

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

gdzie Na i Nd to liczba zjonizowanych akceptorówi darczyńcy, odpowiednio; Pi-3.1416; q jest wartością ładunku elektronowego; U oznacza napięcie wejściowe; Wielka Brytania jest potencjalną różnicą w sekcji przejściowej; E jest wartością stałej dielektrycznej.

Konsekwencją formuły jest fakt, że dlaZłącze p-n diody klasycznej charakteryzuje się niskim natężeniem pola i stosunkowo dużą grubością. Aby elektrony dostały się do wolnej strefy, potrzebują dodatkowej energii (przekazanej z zewnątrz).

Dioda tunelowa wykorzystuje w swojej konstrukcjitakie typy półprzewodników, które zmieniają zawartość zanieczyszczeń na 10 na potęgę 20 (-3 centymetrów), co jest rzędem wielkości innym niż klasyczne. Prowadzi to do dramatycznego zmniejszenia grubości transformacji gwałtowny wzrost natężenia pola w obszarze p-n, a tym samym występowanie przejścia tunelu podczas wprowadzania elektron do pasma walencyjnego nie potrzebuje dodatkowej energii. Wynika to z faktu, że poziom energii cząstki nie zmienia się wraz z przejściem przez barierę. Diody tunelowe można łatwo odróżnić od konwencjonalnych za pomocą charakterystyki prądowo-napięciowej. Ten efekt tworzy na nim pewien plusk - ujemną wartość różnicy oporu. Z tego powodu diody tunelowe są szeroko stosowane w urządzeniach wielkiej częstotliwości (zmniejszenie grubości szczeliny p-n powoduje, że takie urządzenie jest szybkie), dokładny sprzęt pomiarowy, generatory i, oczywiście, technologia komputerowa.

Chociaż prąd w tunelu jest w stanieprzepływ w obu kierunkach, z bezpośrednim połączeniem diody, intensywność w strefie przejściowej wzrasta, zmniejszając liczbę elektronów zdolnych do tunelowania. Wzrost napięcia prowadzi do całkowitego zniknięcia prądu tunelowania, a efekt występuje tylko w zwykłym rozproszeniu (jak w klasycznych diodach).

Jest jeszcze inny przedstawiciel podobnyurządzenia - dioda odwrócona. Jest to ta sama dioda tunelowa, ale ze zmienionymi właściwościami. Różnica polega na tym, że wartość przewodzenia w połączeniu odwrotnym, w którym zwykłe urządzenie prostujące "zamyka się", jest wyższa niż w przypadku bezpośredniego urządzenia prostującego. Pozostałe właściwości odpowiadają diodzie tunelowej: prędkość, mały wewnętrzny szum, możliwość prostowania zmiennych elementów.