Wat is een tunnel diode?
Wat is een Tunnel Diode?
Tunnel Diode
Een tunnel diode (ook bekend als Esaki-diode) is een type halfgeleiderdiode dat effectief "negatieve weerstand" heeft, veroorzaakt door het kwantummechanische effect genaamd tunneling. Tunnel diodes hebben een zwaar gedopeerde pn-overgang die ongeveer 10 nm breed is. De zware doping resulteert in een onderbroken bandgap, waar elektronenstaten in de geleidingsband aan de N-zijde meer of minder geallieerd zijn met gatenstaten in de valentieband aan de P-zijde.
Transistors hebben moeite met zeer hoge frequenties vanwege transitietijd en andere effecten. Veel apparaten gebruiken het negatieve geleidingsvermogen van halfgeleiders voor toepassingen met hoge frequenties. Een tunnel diode, ook bekend als een Esaki-diode, is een veel gebruikte component met negatief geleidingsvermogen, vernoemd naar L. Esaki voor zijn werk op het gebied van tunneling.
De concentratie van dopanten in zowel de p- als n-regio is zeer hoog, rond 1024 – 1025 m-3. De pn-overgang is ook abrupt. Daarom is de afbrekingslaag breedte zeer klein. In de stroom-spanningseigenschappen van de tunnel diode kunnen we een negatieve hellingregio vinden wanneer er een voorwaartse bias wordt toegepast.
De naam "tunnel diode" komt doordat het kwantummechanische tunnelfenomeen verantwoordelijk is voor wat zich binnen de diode afspeelt. De doping is zo hoog dat bij absolute nultemperatuur de Fermi-niveaus binnen de bias van de halfgeleiders liggen.
Kenmerken van een Tunnel Diode
Wanneer een achterwaartse bias wordt toegepast, wordt het Fermi-niveau aan de p-zijde hoger dan dat aan de n-zijde, waardoor elektronen tunnelen van de valentieband aan de p-zijde naar de geleidingsband aan de n-zijde. Naarmate de achterwaartse bias toeneemt, neemt ook de tunnelstroom toe.
Wanneer een voorwaartse bias wordt toegepast, wordt het Fermi-niveau aan de n-zijde hoger dan dat aan de p-zijde, waardoor elektronen tunnelen van de n-zijde naar de p-zijde. Het bedrag van de tunnelstroom is veel groter dan de normale overgangsstroom. Wanneer de voorwaartse bias toeneemt, neemt de tunnelstroom toe tot een bepaalde limiet.
Wanneer de bandrand aan de n-zijde hetzelfde is als het Fermi-niveau aan de p-zijde, is de tunnelstroom maximaal. Bij verdere toename van de voorwaartse bias neemt de tunnelstroom af en krijgen we de gewenste regio met negatieve geleiding. Wanneer de voorwaartse bias verder wordt verhoogd, wordt de normale pn-overgangsstroom verkregen, die exponentieel evenredig is met de toegepaste spanning. De V-I-eigenschappen van de tunnel diode zijn als volgt:
De negatieve weerstand wordt gebruikt om oscillatie te bereiken en vaak wordt de Ck+ functie gebruikt voor zeer hoge frequenties.
Symbool van de Tunnel Diode
Toepassingen van de Tunnel Diode
Oscillator Circuits
Gebruikt in Microgolf Circuits
Bestand tegen Kernstraling
