Fantastisk halvleder enhet - tunnel diode

Når man studerer mekanismen for utbedring av en variabelnåværende i kontaktområdet til to forskjellige medier - en halvleder og et metall, ble en hypotese avansert at den er basert på ladetransportørens såkalte tunnel-effekt. Men på den tiden (1932) var det ikke mulig å bekrefte gjetningen ved erfaring med utviklingsnivået for halvlederteknologi. Bare i 1958 klarte den japanske forskeren Esaki å bekrefte det briljant, og skape den første tunneldioden. På grunn av sine fantastiske egenskaper (spesielt hastighet), tiltrukket denne enheten oppmerksomheten til spesialister fra ulike tekniske felt. Her er det verdt å forklare at en diode er en elektronisk enhet, som er en kombinasjon av to forskjellige materialer i en enkelt sak med forskjellige typer ledningsevne. Derfor kan den elektriske strømmen passere gjennom den i bare én retning. Polariteten reversering fører til en "lukking" av dioden og en økning i motstanden. Å øke spenningen fører til "sammenbrudd".

Tenk på hvordan tunneldioden fungerer. Den klassiske likriktarhalvlederinnretningen bruker krystaller med en mengde urenheter som ikke overstiger 10 til effekten 17 (-3 centimeter). Og siden denne parameteren er direkte relatert til antall gratis ladetransportører, viser det seg at sistnevnte aldri kan være større enn den angitte grensen.

Det finnes en formel som gjør at vi kan bestemme tykkelsen til mellomsonen (p-n-overgangen):

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

hvor Na og Nd er antall ioniserte akseptorerog donorer, henholdsvis; Pi - 3,1416; q er verdien av elektronladningen; U er inngangsspenningen; Storbritannia er den potensielle forskjellen ved overgangsseksjonen; E er verdien av den dielektriske konstanten.

Konsekvensen av formelen er det faktum at forp-n krysset av den klassiske dioden er preget av lav feltstyrke og en relativt stor tykkelse. For at elektroner skal komme inn i frizonen, trenger de ekstra energi (kommunisert fra utsiden).

Tunneldioden bruker i sin konstruksjonslike typer halvledere, som forandrer innholdet av urenheter til 10 til kraften på 20 (-3 centimeter), som er en størrelsesorden forskjellig fra de klassiske. Dette fører til en dramatisk reduksjon i tykkelsen av overgangen, den kraftige økning av feltstyrken i p-n-området, og følgelig forekomsten av tunnelen overgang når inn elektronvalensbåndet ikke behøver ekstra energi. Dette skyldes at energienivået til partikkelen ikke endres ettersom barrieren går. Tunneldioden kan enkelt skille seg fra konvensjonelle med sin nåspenningsegenskap. Denne effekten skaper en slags sprut på den - en negativ verdi av differensialmotstanden. På grunn av dette er tunneldiodene mye brukt i høyfrekvente enheter (en reduksjon i tykkelsen på p-n-gapet gjør en slik høyhastighets enhet), nøyaktig måleutstyr, generatorer og selvfølgelig datateknologi.

Selv om strømmen med en tunnel effekt kanstrømmer i begge retninger, med en direkte tilkobling av dioden øker spenningen i overgangssonen, og reduserer antallet elektroner som er i stand til tunneling. En økning i spenningen fører til at tunnelstrømmen er fullstendig forsvunnet og påvirker bare den vanlige diffuse strømmen (som i klassiske dioder).

Det er også en annen representant for slikeenheter - omvendt diode. Den representerer samme tunneldiode, men med endrede egenskaper. Forskjellen er at verdien av ledningsevnen ved den omvendte tilkoblingen, der den vanlige likeretteren "lukkes", er høyere enn ved den direkte. De resterende egenskapene tilsvarer en tunneldiode: hastighet, lav selvstøy, evnen til å rette ut de variable komponentene.