Hvad er en Tunnel Diode?

Hvad er en Tunnel Diode?

Tunnel Diode

En tunnel diode (også kendt som en Esaki diode) er en type halvlederdiode, der har effektivt "negativ resistans" på grund af kvantemekanisk effekt kaldet tunnelformering. Tunnel dioder har en tung dopning af pn-forbindelsen, der er omkring 10 nm bred. Den tunge dopning resulterer i en brudt båndgap, hvor elektronstillstande i konduktionsbåndet på N-siden er mere eller mindre justeret med hullstillstande i valensbåndet på P-siden.

Transistorer kæmper med meget høje frekvenser på grund af transit tid og andre effekter. Mange enheder bruger den negative ledeegenskab hos halvledere til høfrekvensapplikationer. En tunnel diode, også kendt som en Esaki diode, er en ofte anvendt negativ ledeenhed, opkaldt efter L. Esaki for hans arbejde med tunnelformering.

Koncentrationen af dopanter i både p- og n-region er meget høj, omkring 1024 – 1025 m-3. pn-forbindelsen er også skarp. Af disse årsager er depletionlagets bredde meget lille. I strøm-spændingskarakteristikken for tunnel dioden kan vi finde et negativt hældningsområde, når der anvendes fremoverforhøjelse.

Navnet "tunnel diode" skyldes, at kvantemekanisk tunnelformering er ansvarlig for det fænomen, der foregår inden for dioden. Dopningen er meget høj, så ved absolut nultemperature ligger Fermi-niveauerne inden for biasen af halvlederne.

Egenskaber ved Tunnel Diode

Når baglæns forhøjelse anvendes, bliver Fermi-niveauet på p-siden højere end på n-siden, hvilket får elektroner til at tunnellere fra valensbåndet på p-siden til konduktionsbåndet på n-siden. Jo større baglæns forhøjelse, jo større tunnellstrøm.

Når fremoverforhøjelse anvendes, bliver Fermi-niveauet på n-siden højere end Fermi-niveauet på p-siden, og dermed finder tunnellering af elektroner fra n-siden til p-siden sted. Mængden af tunnellingsstrømmen er meget større end normal junctionstrøm. Når fremoverforhøjelsen øges, øges tunnellingsstrømmen op til en vis grænse.

Når bandkanten på n-siden er den samme som Fermi-niveauet på p-siden, er tunnellingsstrømmen maksimal. Med yderligere forhøjelse af fremoverforhøjelsen falder tunnellingsstrømmen, og vi får den ønskede negative ledeegenskab. Når fremoverforhøjelsen øges yderligere, opnås normal pn-junctionstrøm, der er eksponentielt proportional med den anvendte spænding. V-I karakteristikken for tunnel dioden er givet,

Den negative resistans bruges til at opnå oscillerende og ofte Ck+ funktion på meget høje frekvenser.

Symbol for Tunnel Diode

Anvendelser af Tunnel Diode

• Oscillator Kredsløb

• Anvendt i Mikrobølge Kredsløb

• Modstandsdygtig over for Atomkraft Stråling