터널 다이오드란 무엇인가?

터널 다이오드란?

터널 다이오드

터널 다이오드(에사키 다이오드라고도 함)는 터널링이라는 양자역학적 효과로 인해 "음의 저항"을 가진 반도체 다이오드의 한 종류입니다. 터널 다이오드는 약 10 nm 너비의 고농도로 도핑된 pn 접합을 가지고 있습니다. 고농도의 도핑은 N쪽의 전도대 전자 상태가 P쪽의 가상대 구멍 상태와 거의 일치하는 브레이크 밴드 갭을 초래합니다.

트랜지스터는 이동 시간 및 기타 효과로 인해 매우 높은 주파수에서 어려움을 겪습니다. 많은 장치들은 고주파수 응용 분야에서 반도체의 음의 전도 특성을 사용합니다. L. 에사키의 터널링 연구로 이름 붙여진 터널 다이오드 또는 에사키 다이오드는 일반적으로 사용되는 음의 전도 장치입니다.

p와 n 영역 모두의 도핑 물질 농도는 약 10^24 – 10^25 m-3 정도로 매우 높습니다. pn 접합은 또한 갑작스럽게 이루어집니다. 이러한 이유로, 소진층 폭은 매우 작습니다. 터널 다이오드의 전압-전류 특성에서 전방 바이어스가 적용될 때 음의 기울기 영역을 찾을 수 있습니다.

"터널 다이오드"라는 이름은 다이오드 내에서 발생하는 현상을 설명하는 양자역학적 터널링 때문입니다. 도핑이 매우 높아 절대 영도에서는 페르미 수준이 반도체의 바이어스 내에 위치합니다.

터널 다이오드의 특성

역방향 바이어스가 적용되면, p쪽의 페르미 수준이 n쪽보다 높아져, p쪽의 가상대에서 n쪽의 전도대로 전자가 터널링됩니다. 역방향 바이어스가 증가할수록 터널 전류도 증가합니다.

정방향 바이어스가 적용되면, n쪽의 페르미 수준이 p쪽의 페르미 수준보다 높아져, n쪽에서 p쪽으로 전자의 터널링이 발생합니다. 터널 전류의 양은 일반적인 접합 전류보다 매우 큽니다. 정방향 바이어스가 증가할수록 터널 전류도 특정한 한계까지 증가합니다.

n쪽의 밴드 엣지가 p쪽의 페르미 수준과 같을 때, 터널 전류는 최대치를 나타냅니다. 더 큰 정방향 바이어스가 적용되면, 터널 전류는 감소하고 원하는 음의 전도 영역이 생성됩니다. 정방향 바이어스가 더 증가하면, 지수적으로 적용된 전압에 비례하는 일반적인 pn 접합 전류가 얻어집니다. 터널 다이오드의 V-I 특성은 다음과 같습니다,

음의 저항은 진동을 달성하는 데 사용되며, 종종 매우 높은 주파수에서 Ck+ 함수가 사용됩니다.

터널 다이오드 기호

터널 다이오드의 응용

• 진동 회로

• 마이크로파 회로에서 사용

• 핵 방사선에 대한 내성