Vad är en tunnelldiod?

Vad är en tunnel diod?

Tunnel Diod

En tunnel diod (även känd som Esaki-diod) är en typ av halvledardiod som har effektivt "negativt motstånd" på grund av den kvantmekaniska effekten som kallas tunnling. Tunnel dioder har en starkt dopad pn-förbund som är cirka 10 nm bred. Det starka dopningen resulterar i ett brutet bandgap, där elektronstater i ledningsbandet på N-sidan är mer eller mindre utplacerade med hålstater i vallbandet på P-sidan.

Transistorer har svårt att hantera mycket höga frekvenser på grund av transittid och andra effekter. Många enheter använder det negativa ledningsförmågan hos halvledare för högfrekvensapplikationer. En tunnel diod, även känd som en Esaki-diod, är en vanligt använd negativ ledningsenhet uppkallad efter L. Esaki för hans arbete med tunnling.

Koncentrationen av dopanter i både p- och n-regionen är mycket hög, runt 1024 – 1025 m-3. Den pn-förbundet är också abrupt. Av dessa skäl är försprångslagrets bredd mycket liten. I strömspänningskarakteristiken för tunnel dioden kan vi hitta en region med negativ lutning när en framåtriktad spänning tillämpas.

Namnet "tunnel diod" kommer från att den kvantmekaniska tunnlingen ansvarar för fenomenet som inträffar inuti dioden. Dopningen är mycket hög så vid absolut nolltemperatur ligger Fermi-nivån inom biasen för halvledarna.

Egenskaper hos Tunnel Diod

När bakåtriktad spänning tillämpas blir Fermi-nivån på p-sidan högre än den på n-sidan, vilket gör att elektroner tunnlar från vallbandet på p-sidan till ledningsbandet på n-sidan. När bakåtriktad spänning ökar, ökar även tunnellströmmen.

När framåtriktad spänning tillämpas blir Fermi-nivån på n-sidan högre än den på p-sidan, vilket leder till att elektroner tunnlar från n-sidan till p-sidan. Mängden tunnellström är mycket större än den normala förbundsströmmen. När framåtriktad spänning ökas, ökar tunnellströmmen upp till en viss gräns.

När bandkanten på n-sidan är densamma som Fermi-nivån i p-sidan är tunnellströmmen maximal. Vid ytterligare ökning av framåtriktad spänning minskar tunnellströmmen och vi får den önskade regionen med negativ ledningsförmåga. När framåtriktad spänning höjs ytterligare, erhålls den normala pn-förbundsströmmen, som är exponentiellt proportionell mot den tillämpade spänningen. Strömspänningskarakteristiken för tunnel dioden ges,

Den negativa resistansen används för att uppnå oscillation och ofta är Ck+ funktion av mycket höga frekvenser.

Symbol för Tunnel Diod

Användningsområden för Tunnel Diod

• Oscillator Kretsar

• Används i Mikrovågskretsar

• Resistent mot Kärnvapensprängning