Что такое туннельный диод?

Что такое туннельный диод?

Туннельный диод

Туннельный диод (также известный как диод Эсаси) — это тип полупроводникового диода, который имеет эффективное "отрицательное сопротивление" благодаря квантово-механическому эффекту, называемому туннелированием. Туннельные диоды имеют сильно легированный pn-переход шириной около 10 нм. Сильное легирование приводит к разрыву запрещенной зоны, где состояния электронов в зоне проводимости на стороне N более или менее выравниваются со состояниями дырок в валентной зоне на стороне P.

Транзисторы испытывают трудности при работе на очень высоких частотах из-за времени прохождения и других эффектов. Многие устройства используют свойство отрицательной проводимости полупроводников для высокочастотных применений. Туннельный диод, также известный как диод Эсаси, является часто используемым устройством с отрицательной проводимостью, названным в честь Л. Эсаси за его работу по туннелированию.

Концентрация легирующих примесей в областях p и n очень высока, около 1024 – 1025 м-3. Переход pn также резкий. По этим причинам ширина области обеднения очень мала. В характеристиках тока-напряжения туннельного диода можно найти область с отрицательным наклоном при применении прямого смещения.

Название "туннельный диод" связано с тем, что квантово-механическое туннелирование ответственно за явление, происходящее внутри диода. Легирование очень высоко, так что при абсолютном нуле температуры уровни Ферми находятся внутри запрещенной зоны полупроводников.

Характеристики туннельного диода

При обратном смещении уровень Ферми стороны p становится выше, чем уровень Ферми стороны n, вызывая туннелирование электронов из валентной зоны стороны p в зону проводимости стороны n. По мере увеличения обратного смещения туннельный ток также увеличивается.

При прямом смещении уровень Ферми стороны n становится выше уровня Ферми стороны p, что приводит к туннелированию электронов из стороны n на сторону p. Сила туннельного тока намного больше, чем нормальный ток перехода. При увеличении прямого смещения туннельный ток увеличивается до определенного предела.

Когда граница зоны стороны n совпадает с уровнем Ферми стороны p, туннельный ток достигает максимума. При дальнейшем увеличении прямого смещения туннельный ток уменьшается, и мы получаем желаемую область отрицательной проводимости. При дальнейшем увеличении прямого смещения получается обычный ток pn-перехода, экспоненциально пропорциональный приложенному напряжению. Характеристики тока-напряжения туннельного диода представлены следующим образом,

Отрицательное сопротивление используется для достижения колебаний, и часто функция Ck+ используется для получения очень высоких частот.

Символ туннельного диода

Применение туннельного диода

• Цепи генераторов

• Использование в микроволновых цепях

• Устойчивость к ядерному излучению