Forbløffende halvlederindretning - en tunnel diode

Når man undersøger mekanismen ensretning en AC ved kontaktstedet af to forskellige miljøer - halvlederen og metallet er det blevet antaget, at den er baseret på såkaldt tunnelering af ladningsbærere. Men på det tidspunkt (1932) niveauet for udvikling af halvleder-teknologi er ikke tilladt at bekræfte formodninger empirisk. Kun i 1958, en japansk videnskabsmand Esaki var i stand til at bekræfte det glimrende, at skabe den første tunnel diode i historien. Takket være sin fantastiske kvalitet (fx hastighed), er dette produkt tiltrukket sig opmærksomhed fra specialister på forskellige tekniske områder. Det er værd at forklare, at dioden - en elektronisk anordning, som er en sammenslutning af et enkelt organ af to forskellige materialer, der har forskellige typer af ledningsevne. Derfor kan elektrisk strøm strømme gennem det i kun én retning. Ændring af polariteten resulterer i "lukke" af dioden og forøge dets modstand. Øge spændingen fører til en "fordeling".

Overvej, hvordan tunnelen diode. Klassisk ensretter halvlederindretning anvender en krystal med et antal urenheder, højst 10 ved 17 graders (grad -3 centimeter). Og da denne parameter er direkte relateret til antallet af frie ladningsbærere, viser det sig, at fortiden aldrig kan være mere end de specificerede grænser.

Der er en formel, der gør det muligt at bestemme tykkelsen af den mellemliggende zone (overgang pn):

L = ((E * (UK-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd) / (Na * Nd)) * 1050000,

hvor Na og Nd - antal ioniserede donorer og acceptorer henholdsvis; Pi - 3,1416; q - værdien af elektronens ladning; U - påførte spænding; Dk - forskel i potentialer ved overgangen; E - værdien af dielektricitetskonstanten.

En konsekvens af formlen er det faktum, at for en klassisk pn overgang diode karakteristisk lav feltstyrke og en relativt stor tykkelse. At elektroner kan få en frizone, de har brug for ekstra energi (bibringes udefra).

Tunneldiode anvendes i deres konstruktion sådanne typer af halvledere, som ændrer indholdet af urenheder til 10 til 20 grader (grad -3 centimeter), som er en anden rækkefølge end de klassiske dem. Dette fører til en dramatisk reduktion i tykkelsen af overgangen, den kraftige stigning af feltintensiteten i pn regionen og dermed forekomsten af tunnel overgang indsejling elektron til valensbåndet behøver ikke yderligere energi. Dette sker, fordi energiniveauet af partiklerne ikke ændres med passagen barriere. Tunnelen diode er let at skelne fra det normale af sin voltampere karakteristisk. Denne effekt skaber en slags bølge på det - negativ differentiel modstand. På grund af denne tunneling dioder er meget udbredt i højfrekvente enheder (tykkelsesreduktion pn hul gør en sådan indretning en høj hastighed), nøjagtighed og som generatorer, og, naturligvis, computere.

Selvom strøm, når tunnelen effekt kan strømme i begge retninger, ved direkte at forbinde dioden spænding i overgangszonen stiger, reducere antallet af elektroner, der kan tunneling passage. spændingsforøgelse fører til fuldstændig forsvinden af tunnelstrøm og effekten er kun på almindelig diffus (som i den klassiske diode).

Der er også en anden repræsentant for sådanne indretninger - baglæns diode. Den repræsenterer den samme tunnel diode, men med ændrede egenskaber. Forskellen er, at ledningsevnen værdien af den omvendte forbindelse, ved hvilken den sædvanlige ensretterindretninger "låst", det er højere end i direkte. De resterende egenskaber svarer til tunnelen diode: ydeevne, lavt egenstøj, evnen til at rette de variable elementer.