چه چیزی تونل دیود است

چه هست تونل دایود؟

تونل دایود

یک تونل دایود (که به عنوان یک دایود اسکی نیز شناخته می‌شود) نوعی دیود نیمه‌رسانا است که به دلیل اثر کوانتومی به نام تونل‌زنی، مقاومت منفی مؤثر دارد. تونل دایودها شامل یک اتصال PN با غنی‌سازی بسیار بالا در حدود ۱۰ نانومتر است. غنی‌سازی بالا منجر به شکستن فاصله باند می‌شود، جایی که حالت‌های الکترونی باند رسانا در سمت N تقریباً با حالت‌های حفره باند والانس در سمت P هم‌خط می‌شوند.

ترانزیستورها در فرکانس‌های بسیار بالا با مشکلاتی مواجه می‌شوند به دلیل زمان عبور و اثرات دیگر. بسیاری از دستگاه‌ها از خاصیت رسانایی منفی نیمه‌رساناهای برای کاربردهای فرکانس بالا استفاده می‌کنند. یک تونل دایود، که به عنوان یک دایود اسکی نیز شناخته می‌شود، یک دستگاه رسانایی منفی رایج است که به نام L. Esaki برای کار او در زمینه تونل‌زنی نامگذاری شده است.

غلظت دوپنگ‌کننده‌ها در هر دو منطقه p و n بسیار بالاست، حدود ۱۰^۲۴ – ۱۰^۲۵ m-3. اتصال PN نیز تیز است. به این دلایل، عرض لایه فروخوردگی بسیار کوچک است. در مشخصات ولتاژ-جریان تونل دایود، می‌توان یک ناحیه با شیب منفی پیدا کرد وقتی که یک بایاس مستقیم اعمال می‌شود.

نام "تونل دایود" به دلیل این است که اثر کوانتومی تونل‌زنی مسئول پدیده‌ای است که در داخل دایود رخ می‌دهد. غنی‌سازی بسیار بالاست به طوری که در دمای صفر مطلق سطح فرمی درون بایاس نیمه‌رساناهای قرار می‌گیرد.

خصوصیات تونل دایود

وقتی که بایاس معکوس اعمال می‌شود، سطح فرمی سمت p بالاتر از سطح فرمی سمت n می‌شود، که باعث می‌شود الکترون‌ها از باند والانس سمت p به باند رسانا سمت n تونل بزنند. با افزایش بایاس معکوس، جریان تونل نیز افزایش می‌یابد.

وقتی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، سطح فرمی سمت n بالاتر از سطح فرمی سمت p می‌شود، بنابراین تونل‌زنی الکترون‌ها از سمت n به سمت p رخ می‌دهد. مقدار جریان تونل بسیار بیشتر از جریان اتصال معمولی است. با افزایش بایاس مستقیم، جریان تونل تا حدی افزایش می‌یابد.

وقتی که لبه باند سمت n همانند سطح فرمی سمت p است، جریان تونل حداکثر است. با افزایش بیشتر بایاس مستقیم، جریان تونل کاهش می‌یابد و منطقه رسانایی منفی مطلوب بدست می‌آید. با افزایش بیشتر بایاس مستقیم، جریان اتصال PN معمولی بدست می‌آید که نسبت به ولتاژ اعمال شده به صورت نمایی است. مشخصات V-I تونل دایود ارائه شده است.

مقاومت منفی برای دستیابی به نوسان استفاده می‌شود و غالباً تابع Ck+ با فرکانس‌های بسیار بالا است.

نماد تونل دایود

کاربردهای تونل دایود

• مدارهای نوسان‌ساز

• استفاده در مدارهای میکروویو

• مقاومت در برابر تابش هسته‌ای