Fantastiskt halvledaranordning - en tunneldiod

När man studerar mekanismen för att likrikta en AC på platsen för kontakt mellan två olika miljöer - halvledare och metallen har man antagit att den är baserad på så kallad tunnling av laddningsbärare. Men vid den tiden (1932) Nivån på utvecklingen av halvledarteknik är inte tillåtet att bekräfta gissningar empiriskt. Endast i 1958, var en japansk forskare Esaki kunna bekräfta det briljant, skapa den första tunneln dioden i historien. Tack vare sin fantastiska kvalitet (t ex hastighet), har denna produkt uppmärksammats av specialister inom olika tekniska områden. Det är värt att förklara att dioden - en elektronisk anordning, som är en association av en enda kropp av två olika material med olika typer av konduktivitet. Därför kan elektrisk ström flyta genom det i endast en riktning. Ändra polaritet resulterar i "stänga" av diod och öka dess motstånd. En ökning av spänningen leder till en "uppdelning".

Fundera på hur tunneln diod. Klassiska likriktarhalvledaranordning använder en kristall som har ett antal föroreningar som inte mer än 10 vid 17 grader (grad -3 centimeter). Och eftersom denna parameter är direkt relaterad till antalet fria laddningsbärare, visar det sig att det förflutna aldrig kan vara mer än de angivna gränserna.

Det finns en formel som gör det möjligt att bestämma tjockleken hos det mellanliggande området (övergång pn):

L = ((E * (Uk-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd) / (Na * Nd)) * 1.050.000,

där Na och Nd - antal joniserade donatorer och acceptorer, respektive; Pi - 3,1416; q - värdet av elektron laddning; U - pålagd spänning; Uk - skillnad i potentialerna vid övergången; E - värdet av den dielektriska konstanten.

En konsekvens av formeln är det faktum att för en klassisk pn-övergångsdiod karakteristisk låg fältstyrka och en relativt stor tjocklek. Att elektroner kan få en frizon behöver de extra energi (förmedlas från utsidan).

Tunneldioder används i deras konstruktion sådana typer av halvledare, som ändrar föroreningshalten till 10 till 20 grader (grad -3 centimeter), som är en ordning som skiljer sig från de klassiska sådana. Detta leder till en dramatisk minskning i tjockleken av övergången, den kraftiga ökningen av fältintensiteten i pn-regionen och, följaktligen, uppträdandet av tunneln övergång vid inträdet i elektron till valensbandet inte behöver extra energi. Detta inträffar eftersom energinivån hos partiklarna inte ändras med passagen barriär. Den tunneldiod är lätt skiljas från det normala av dess voltampere karakteristik. Denna effekt skapar ett slags våg på det - negativ differential motstånd. På grund av denna tunneldioder används allmänt i högfrekvensanordningarna (tjockleksminskning pn gap gör en sådan anordning en höghastighets), exakt mätutrustning, generatorer, och, naturligtvis, datorer.

Även om ström då tunneleffekt kan strömma i båda riktningarna, genom att direkt ansluta dioden spänning i övergångszonen ökar, vilket minskar antalet elektroner som kan tunnelpassagen. spänningsökning leder till det fullständiga försvinnandet av tunnlingsströmmen och effekten är endast på vanligt diffus (som i den klassiska diod).

Det finns också en annan representant för sådana apparater - bakåt diod. Det representerar samma tunneldiod, men med förändrade egenskaper. Skillnaden är att konduktivitetsvärdet för den omvända anslutningen, i vilken den vanliga likriktaranordningen "låst", är det högre än i direkt. De återstående egenskaperna motsvarar tunneldiod: prestanda, låg själv brus, förmågan att räta de variabla komponenterna.