Dioda tunel

O diodă tunel sau dioda Esaki (inventată de Leo Esaki în 1957) este o diodă semiconductoare bazată pe un semiconductor degenerat , pe a cărei caracteristică curent-tensiune , atunci când se aplică o tensiune în direcția înainte, există o secțiune cu un negativ rezistenta diferentiala datorita efectului de tunel .

Dispozitiv

Dioda tunel este o joncțiune pn , ambele regiuni în care sunt extrem de puternice, până la degenerare , dopaje —concentrațiile de donatori în regiunea n și acceptori în regiunea p pot depăși 1019 cm – 3 . Siliciul, germaniul, compușii A III B V sunt utilizați ca material semiconductor . Dispozitivul are două ieșiri care sunt conectate la un circuit comun într-un fel sau altul. $N_{D}$ $N / A$

Principiul de funcționare

Diodele convenționale cu creșterea tensiunii directe măresc monoton curentul transmis. Într-o diodă tunel , tunelarea mecanică cuantică a electronilor oferă o caracteristică a caracteristicii curent-tensiune: o creștere bruscă și apoi o scădere a curentului transmis cu o creștere a tensiunii directe („+” în regiunea p - ).

Datorită gradului ridicat de dopaj al regiunilor p și n , nivelurile Fermi se află în interiorul benzilor permise: și . În domeniul de tensiune de la zero la (aici , sarcina elementară), banda de conducere a regiunii n se suprapune energetic cu banda de valență a regiunii p [ 1] , adică se dovedește că . La astfel de tensiuni, efectul de tunel permite electronilor să depășească bariera energetică din regiunea de tranziție cu o lățime de 50–150 Å , iar contribuția la curent provine în principal din energiile de la intersecția intervalelor și (majoritatea stărilor). în intervalul de pe o parte a barierei sunt umplute cu electroni, iar pe de altă parte sunt goale, ceea ce creează condiții pentru transfer). Cu o creștere suplimentară a tensiunii directe și, deoarece energia electronului în timpul tunelului trebuie conservată [2] , devine imposibil - are loc o întrerupere a curentului. $E_{Fp)$ $E_{Fn)$ $E_{vp}>E_{Fp}$ $E_{Fn}>E_{cn}$ $(E_{vp}-E_{Fp})/q+(E_{Fn}-E_{cn})/q$ $q$ $E_{vp}>E_{cn}$ $E_{cn}\ldots E_{vp)$ $E_{Fp}\ldots E_{Fn}$ $E_{Fp}\ldots E_{Fn}$ $E_{vp}<E_{cn)$

Regiunea rezultată de rezistență diferențială negativă , unde o creștere a tensiunii este însoțită de o scădere a curentului, este utilizată pentru a amplifica semnale slabe de microunde .

În paralel cu tunelarea electronilor, aceștia sunt aruncați de-a lungul benzii de conducție din regiunea n în regiunea p . Acest proces, ca și în cazul unei diode convenționale, crește monoton odată cu creșterea tensiunii directe și oferă o a doua creștere a curentului după o scădere (vezi caracteristica curent-tensiune).

Istoria invențiilor

„Detector generator”

Primul „detector generator” - o diodă formată prin contactul unui metal cu un semiconductor și având o rezistență diferențială negativă - a fost demonstrat de William Eccles în 1910, dar la acea vreme nu a stârnit interes [3] .

La începutul anilor 1920, radioamatorul, fizicianul și inventatorul sovietic Oleg Losev , independent de Eccles, a descoperit efectul rezistenței diferențiale negative în diodele cu oxid de zinc cristalin . Acest efect a fost numit „ cristadyne ” și a fost folosit pentru a genera și amplifica oscilațiile electrice în receptoare și transmițătoare radio, dar a fost forțat curând să iasă din ingineria practică radio de dispozitivele cu vid . Mecanismul de apariție a efectului cristadinei este neclar. Mulți experți sugerează că este cauzată de efectul de tunel într-un semiconductor, dar confirmarea experimentală directă a acestui lucru (din 2004) nu a fost primită. Există și alte fenomene fizice care pot provoca efectul de cristadină [3] . În același timp, kristadinul și dioda tunel sunt dispozitive diferite, iar rezistența lor diferențială negativă se manifestă în diferite părți ale caracteristicii curent-tensiune .

De fapt tunel diodă

Prima diodă tunel pe bază de germaniu a fost fabricată în 1957 de Leo Esaki , care a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1973 pentru descoperirea sa experimentală a efectului tunelului de electroni în aceste diode.

Aplicație

Cele mai utilizate în practică sunt diodele tunel de la Ge , GaAs și, de asemenea, de la GaSb . Aceste diode sunt utilizate pe scară largă ca preamplificatoare, oscilatoare și comutatoare de înaltă frecvență. Acestea funcționează la frecvențe care sunt de multe ori mai mari decât frecvențele de operare ale tetrodelor - până la 30...100 GHz .

Vezi și

Note

↑ Dioda tunel / Esaki L. // Tardigrades - Ulyanovo. - M .: Enciclopedia Sovietică, 1977. - S. 316. - ( Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / redactor-șef A. M. Prokhorov ; 1969-1978, v. 26).
↑ Efectul de tunel / Kirzhnits D. A. // Tardigrades - Ulyanovo. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1977. - S. 316-317. - ( Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / redactor-șef A. M. Prohorov ; 1969-1978, v. 26).
↑ 1 2 Novikov M. A. Oleg Vladimirovich Losev - un pionier al electronicii semiconductoare (La centenarul nașterii sale) // Fizica stării solide. - 2004. - T. 46 , nr. 1 . - P. 5-9 . Arhivat din original pe 19 februarie 2012.

Literatură

Elkin S.A. Dioda tunel: evaluare, selecție și aplicare practică // Radioamator: jurnal. - 2006. - Nr. 4 . - S. 26-29 . (Rusă)
Lebedev AI Fizica dispozitivelor semiconductoare. Fizmatlit, 2008.
Poliakov Alexandru Mihailovici § 27. Diode tunel // Semiconductor desfăcut. - M . : Educaţie, 1981. - S. 137-145. — 160 s. — (Lumea cunoașterii).

Link -uri

Tunel și diode inversate

Diode semiconductoare
Prin programare	LED-uri Fotodiode Laserele semiconductoare Rectificarea Puls frecventa inalta Cuptor cu microunde diode zener
LED-uri	Diodă superluminiscentă LED organic LED albastru LED alb
Rectificarea	redresor cu seleniu Redresor cu oxid de cupru
Diode generatoare	Diodă de avalanșă dioda tunel Dioda Gunn
Surse de tensiune de referință	diodă Zener Cu structură ascunsă Diodă de avalanșă Stabistor
Alte	Dioda Schottky diodă inversată dioda pin Fotodiodă Fotodiodă de avalanșă Fotomatrice Varicap Varactor Magnetodioda Dioda de punct
Vezi si	dioda lambda Detector de cristale Pod de diode pn -tranzitie