Kaj je tunelna dioda?

Kaj je tunelna dioda?

Tunelna dioda

Tunelna dioda (tudi znana kot Esaki dioda) je vrsta polprevodniške diode, ki ima zaradi kvantnega mehanskega pojava, znanega kot tuneliranje, učinkovito "negativno upornost". Tunelne diode imajo zelo obogateno pn prepletico, ki meri približno 10 nm. Zelo visoka koncentracija dopanta povzroči razbito bandgap, kjer so stanja elektronov v prevodnem pasu na strani N več ali manj poravnana s stanji luknj v valentnem pasu na strani P.

Tranzistorji imajo težave pri zelo visokih frekvencah zaradi časa prehoda in drugih učinkov. Številni napravi uporabljajo lastnost negativne provodnosti polprevodnikov za uporabo pri visokih frekvencah. Tunelna dioda, tudi znana kot Esaki dioda, je pogosto uporabljena naprava z negativno provodnostjo, poimenovana po L. Esakiju, ki je delal na področju tuneliranja.

Koncentracija dopantov v obeh regijah p in n je zelo visoka, okoli 1024 – 1025 m-3. Prepletica pn je tudi nenadna. Zaradi teh razlogov je širina izčrpljenega sloja zelo majhna. V značilnicah toka in napetosti tunelne diode lahko najdemo območje z negativnim naklonom, ko je aplikiran prednapetost.

Ime "tunelna dioda" izvira iz tega, da je za pojav, ki se dogaja znotraj diode, odgovorno kvantno mehansko tuneliranje. Koncentracija dopantov je zelo visoka, tako da pri absolutni temperaturi nivo Fermija leži znotraj pristranskega napetosti polprevodnika.

Značilnosti tunelne diode

Ko je aplikirana obratna napetost, postane nivo Fermija na strani p višji od nivoa Fermija na strani n, kar povzroči, da elektroni tunelirajo iz valentnega pasu na strani p v prevodni pas na strani n. Ko se povečuje obratna napetost, se povečuje tudi tunelski tok.

Ko je aplikirana prednapetost, postane nivo Fermija na strani n višji od nivoa Fermija na strani p, kar povzroči, da elektroni tunelirajo iz strani n na stran p. Količina tunelskega toka je zelo velika v primerjavi z običajnim tokom prepletice. Ko se povečuje prednapetost, se povečuje tudi tunelski tok do določene meje.

Ko je rob pasa na strani n enak nivoju Fermija na strani p, je tunelski tok največji. S povečanjem prednapetosti se tunelski tok zmanjša in dobimo želeno območje z negativno provodnostjo. Ko se prednapetost še dodatno poveča, dobimo običajen tok prepletice, ki je eksponentno sorazmeren z aplikirano napetostjo. Značilnice toka in napetosti tunelne diode so podane.

Negativna upornost se uporablja za dosego oscilacije in pogosto funkcija Ck+ operira na zelo visokih frekvencah.

Simbol tunelne diode

Uporaba tunelne diode

• Oscilatorski vezji

• Uporaba v mikrovalnih vezjih

• Odpor do jedrskega sevanja