トンネルダイオードとは何か

トンネルダイオードとは何か？

トンネルダイオード

トンネルダイオード（エサキダイオードとも呼ばれる）は、量子力学的な効果であるトンネリングにより実質的に「負の抵抗」を持つ半導体ダイオードの一種です。トンネルダイオードには約10 nm幅の高濃度ドープされたpn接合があります。この高濃度ドープにより、N側の伝導帯電子状態がP側の価電子帯ホール状態とほぼ一致するようなバンドギャップが生じます。

トランジスタは移動時間やその他の効果により非常に高い周波数で苦労します。多くのデバイスでは、高周波アプリケーションに半導体の負の導電性を活用しています。トンネルダイオード（エサキダイオードとも呼ばれる）は、トンネリングに関するL. エサキの研究により名付けられた一般的な負の導電性デバイスです。

P領域とN領域のドーパント濃度は非常に高く、約10^24 - 10^25 m^-3です。pn接合も急激です。これらの理由から、枯渇層の幅は非常に小さいです。トンネルダイオードの電流-電圧特性において、順方向バイアスが適用されたときに負の傾斜領域を見つけることができます。

「トンネルダイオード」という名前は、ダイオード内で発生する現象を引き起こす量子力学的なトンネリング効果によるものです。ドーピング濃度が非常に高いため、絶対零度ではフェルミレベルが半導体のバイアス内に位置します。

トンネルダイオードの特性

逆方向バイアスが適用されると、P側のフェルミレベルがN側よりも高くなり、P側の価電子帯からN側の伝導帯へ電子がトンネルします。逆方向バイアスが増加すると、トンネル電流も増加します。

順方向バイアスが適用されると、N側のフェルミレベルがP側のフェルミレベルよりも高くなり、N側からP側への電子のトンネルが発生します。トンネル電流の量は通常の接合電流よりも非常に大きいです。順方向バイアスが増加すると、トンネル電流も一定の限界まで増加します。

N側のバンドエッジがP側のフェルミレベルと同じになるとき、トンネル電流は最大になり、さらに順方向バイアスが増加するとトンネル電流は減少し、望まれる負の導電性領域が得られます。順方向バイアスがさらに増加すると、通常のpn接合電流が得られ、これは適用された電圧に対して指数関数的に比例します。トンネルダイオードのV-I特性は以下の通りです。

負の抵抗は振動を達成するために使用され、しばしばCk+関数は非常に高い周波数で機能します。

トンネルダイオードのシンボル

トンネルダイオードの応用

• 発振回路

• マイクロ波回路での使用

• 核放射線に対する耐性