Hva er en tunnel-diode?

Hva er en tunnel-diode?

Tunnel-diode

En tunnel-diode (også kjent som en Esaki-diode) er en type halvlederdiode som har effektivt "negativ motstand" på grunn av det kvantemekaniske effektet kalt tunnelering. Tunnel-dioder har et sterkt dopet pn-forbindelse som er omtrent 10 nm bredt. Det sterke dopingen resulterer i en bruddt bandgap, der elektrontilstander i konduksjonsbåndet på N-siden er mer eller mindre justert med hulltilstander i valensbåndet på P-siden.

Transistorer har problemer med svært høye frekvenser på grunn av transit-tid og andre effekter. Mange enheter bruker den negative ledningsevnen til halvledere for høyfrekvensapplikasjoner. En tunnel-diode, også kjent som en Esaki-diode, er en vanlig brukte negativ ledningsevne-enhet, oppkalt etter L. Esaki for hans arbeid med tunnelering.

Koncentrasjonen av dopanter i både p- og n-regionen er veldig høy, på omtrent 1024 – 1025 m-3. pn-forbindelsen er også bratt. Av disse grunnene er depletionslagets bredde veldig liten. I strøm-spenningskarakteristikken til tunnel-dioden kan vi finne en region med negativ helling når det er anbrakt en fremover polarisering.

Navnet "tunnel-diode" kommer fra at det kvantemekaniske fenomenet tunnelering foregår inni dioden. Dopingen er så høy at ved absolutt null temperatur ligger Fermi-nivået innenfor biasen av halvlederne.

Egenskaper ved tunnel-diode

Når en bakover polarisering er anbrakt, blir Fermi-nivået på p-siden høyere enn det på n-siden, noe som fører til at elektroner tunnelerer fra valensbåndet på p-siden til konduksjonsbåndet på n-siden. Jo høyere bakover polarisering, jo større blir tunnellstrømmen.

Når en fremover polarisering er anbrakt, blir Fermi-nivået på n-siden høyere enn det på p-siden, slik at tunneleringen av elektroner fra n-siden til p-siden skjer. Mengden tunnellstrøm er mye større enn normalt forbindelsesstrøm. Når fremover polarisering økes, øker tunnellstrømmen opp til et visst grensenivå.

Når båndkanten på n-siden er den samme som Fermi-nivået på p-siden, er tunnellstrømmen maksimal. Med videre økning av fremover polarisering, minsker tunnellstrømmen, og vi får den ønskede regionen med negativ ledning. Når fremover polarisering økes ytterligere, oppnås normal pn-forbindelsesstrøm, som er eksponentielt proporsjonal med det påførte spenningen. Strøm-spenningskarakteristikken til tunnel-dioden er gitt,

Den negative motstanden brukes for å oppnå oskillasjon, og ofte er Ck+ funksjon av svært høye frekvenser.

Symbol for tunnel-diode

Anvendelser av tunnel-diode

• Oscillator-sirkuit

• Brukes i mikrobølgesirkuit

• Resistant mot kjernestråling