Amazing device semiconductor - dioda tunel

Când studiază mecanismul de îndreptare curent alternativ pe suprafața de contact a două medii diferite - un semiconductor și un metal, a fost prezentată o ipoteză care se bazează pe așa-numitul efect de tunel al purtătorilor de sarcină. Cu toate acestea, la acea dată (1932), nivelul de dezvoltare a tehnologiilor semiconductoare nu ne-a permis să confirmăm ghicirea prin experiență. Numai în 1958, omul de știință japonez Esaki a reușit să o confirme stralucit, creând prima diodă a tunelului. Datorită calităților sale uimitoare (în special a vitezei), acest dispozitiv a atras atenția specialiștilor din diferite domenii tehnice. Aici merită explicat faptul că o diodă este un dispozitiv electronic, care este o combinație a două materiale diferite într-un singur caz cu diferite tipuri de conductivitate. Prin urmare, curentul electric poate trece printr-o singură direcție. Inversarea polarității conduce la o "închidere" a diodei și la o creștere a rezistenței sale. Creșterea tensiunii duce la "defecțiune".

Luați în considerare modul în care funcționează dioda tunelului. Redresor clasic semiconductor utilizează cristale cu o cantitate de impurități de cel mult 10 până la puterea de 17 (-3 centimetri). Și întrucât acest parametru este direct legat de numărul de transportatori cu taxă liberă, se dovedește că acesta din urmă nu poate fi niciodată mai mare decât limita specificată.

Există o formulă care ne permite să determinăm grosimea zonei intermediare (tranziția p-n):

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

unde Na și Nd - numărul de acceptori ionizați și donatori, respectiv - Pi - 3.1416 - valoarea q încărcarea unui dispozitiv cu electroni, U este tensiunea de intrare, Uk este diferența de potențial în secțiunea de tranziție, E este valoarea dielectric constant.

O consecință a formulei este faptul că joncțiunea p-n a diodei clasice este caracterizată de o intensitate scăzută a câmpului și o grosime relativ mare. Pentru ca electronii să intre în zona liberă, au nevoie de energie suplimentară (comunicată din exterior).

diode de tip tunel sunt utilizate în construcția lor astfel de tipuri de semiconductori, care modifică conținutul de impurități la 10 până la 20 grade (grade -3 cm), care este o ordine diferită de cele clasice. Aceasta conduce la o reducere dramatică a grosimii tranziției, creșterea bruscă a intensității câmpului în zona p-n și, în consecință, apariția tranziției tunel la intrarea electronilor în banda de valență nu are nevoie de energie suplimentară. Acest lucru se datorează faptului nivel energetic particula nu se modifică pe măsură ce trece bariera. Dioda tunelului poate fi ușor distinsă de cele convenționale curent-tensiune caracteristică. Acest efect creează un fel de stropire pe ea - o valoare negativă a rezistenței diferențiale. Datorită acestei tunelare diode sunt utilizate pe scară largă în dispozitive de înaltă frecvență (grosime decalaj de reducere a p-n face un astfel de dispozitiv de mare viteză), echipamente precise de măsurare, generatoare, și, desigur, calculatoare.

Deși curentul efect tunel acesta poate curge în ambele direcții, cu o conexiune directă a diodei, intensitatea în zona de tranziție crește, scăzând numărul de electroni capabili de tunel. O creștere a tensiunii conduce la dispariția completă a curentului de tunel, iar efectul este numai asupra difuzelor obișnuite (ca în cazul diodelor clasice).

Există și un alt reprezentant al unor astfel de dispozitive - o diodă inversată. Este aceeași diodă tunel, dar cu proprietăți schimbate. Diferența este că valoarea conducerii la conexiunea inversă, în care dispozitivul de rectificare obișnuită "se închide", are mai mult decât cea directă. Proprietățile rămase corespund diodei tunelului: viteză, zgomot intrinsec mic, capacitatea de îndreptare a componentelor variabile.