Úžasné polovodičové zariadenie - tunelová dióda

Pri štúdiu mechanizmu opravy premennejprúd v kontaktnej oblasti dvoch rôznych médií - polovodiča a kovu, bola predikovaná hypotéza, že je založená na tzv. tunelovom efekte nosičov náboja. Avšak v tom čase (1932) úroveň vývoja polovodičových technológií nám neumožnila potvrdiť odhad podľa skúseností. Iba v roku 1958 sa japonský vedec Esaki podarilo to brilantne potvrdiť a vytvoriť prvú tunelovú diódu. Vzhľadom na svoje úžasné vlastnosti (najmä rýchlosť), tento prístroj priťahoval pozornosť špecialistov z rôznych technických oblastí. Tu stojí za to vysvetliť, že dióda je elektronické zariadenie, ktoré je kombináciou dvoch rôznych materiálov v jednom prípade s rôznymi druhmi vodivosti. Preto môže elektrický prúd prejsť len v jednom smere. Zmena polarity vedie k "zatvoreniu" diódy a zvýšeniu jej odporu. Zvyšovanie napätia vedie k "poruche".

Zvážte, ako funguje tunelová dióda. Klasické usmerňovacie polovodičové zariadenie používa kryštály s množstvom nečistôt nepresahujúcich 10 na výkon 17 (-3 centimetrov). A keďže tento parameter priamo súvisí s počtom nosičov bezplatných poplatkov, ukáže sa, že tento parameter nikdy nemôže byť väčší ako špecifikovaný limit.

Existuje vzorec, ktorý nám umožňuje určiť hrúbku strednej zóny (p-n prechod):

L = ((E * (Uk-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd)

kde Na a Nd sú počet ionizovaných akceptorova dárcov; Pi - 3,1416; q je hodnota elektrónového náboja; U je vstupné napätie; Uk je potenciálny rozdiel v prechodovej sekcii; E je hodnota dielektrickej konštanty.

Dôsledkom tohto vzorca je skutočnosť, že prep-n spojenie klasickej diódy sa vyznačuje nízkou intenzitou poľa a relatívne veľkou hrúbkou. Aby sa elektróny dostali do voľnej zóny, potrebujú dodatočnú energiu (komunikujú zvonku).

Tunelová dióda využíva vo svojej konštrukciiTakéto typy polovodičov, ktoré menia obsah nečistôt do 10 až 20 stupňami (stupeň -3 centimetrov), ktorý je príkaz odlišný od tých klasických. To vedie k dramatickému zníženiu hrúbky prechodu, ostré zvýšenie intenzity poľa na p-n územia a, v dôsledku toho, je výskyt prechodu tunela pri vstupe do elektrón skupiny valencie nepotrebuje ďalšiu energiu. Je to preto, že energetická hladina častice sa nemení, keď bariéra prechádza. Dióda tunel je ľahko oddeliť od bežných jeho charakteristiky prúdu-napätia. Tento efekt vytvára určitý druh splash - záporná hodnota rozdielového odporu. Vzhľadom k tejto tunelovanie diódy sú široko používané vo vysokofrekvenčných zariadení (hrúbka medzery zníženie p-n je takéto zariadenie s vysokou rýchlosťou), presné meracie zariadenia, generátory, a, samozrejme, počítačov.

Aj keď prúd v tunelovom efekte je schopnýprietok v oboch smeroch s priamym pripojením diódy, intenzita v prechodovej zóne sa zvyšuje a znižuje sa počet elektrónov schopných tunelovania. Zvýšenie napätia vedie k úplnému zmiznutiu tunelového prúdu a efekt je iba na obyčajnej difúzii (ako v klasických diódach).

Tam je aj ďalší zástupca takýchtozariadenia - reverzná dióda. Predstavuje to isté tunelové diódy, ale so zmenenými vlastnosťami. Rozdiel je v tom, že hodnota vodivosti pri spätnom pripojení, pri ktorej sa obyčajné usmerňovacie zariadenie "uzatvára", je vyššia ako pri priamej. Zvyšné vlastnosti zodpovedajú tunelovej dióde: rýchlosť, nízka vlastná šum, schopnosť opraviť premenlivé komponenty.