Puikus puslaidininkinis įtaisas - tunelio diodas

Studijuojant kintamosios srovės ištaisymo mechanizmą kontaktų tarp dviejų skirtingų terpių - puslaidininkio ir metalo - srityje, buvo iškelta hipotezė, kad ji pagrįsta vadinamuoju įkrovimo nešiklių tuneliu. Tačiau tuo metu (1932 m.) Puslaidininkių technologijų plėtros lygis mums neleido patvirtinti įspūdžių pagal patirtį. Tik 1958 m. Japonų mokslininkas Esaki sugebėjo tai puikiai patvirtinti, sukūręs pirmąjį tunelio diodą. Dėl savo nuostabių savybių (ypač greičio), šis įrenginys priviliojo įvairių techninių sričių specialistų dėmesį. Čia verta paaiškinti, kad diodas yra elektroninis prietaisas, kuris yra dviejų skirtingų medžiagų derinys vienoje byloje su skirtingais laidumo būdais. Todėl elektros srovė gali praeiti per ją tik viena kryptimi. Poliškumo pasikeitimas sukelia diodo "uždarymą" ir jo atsparumo augimą. Įtampos didinimas sukelia "sugedimą".

Apsvarstykite, kaip veikia tunelio diodas. Klasikinis lygintuvas puslaidininkio įtaisas naudoja kristalus su priemaišų kiekiu ne daugiau kaip 10 iki 17 (-3 centimetrų) galingumo. Kadangi šis parametras yra tiesiogiai susijęs su laisvųjų įkroviklių skaičiumi, paaiškėja, kad pastarasis niekada negali būti didesnis už nurodytą ribą.

Yra formulė, leidžianti nustatyti tarpinės zonos storį (pereinamoji pn):

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

Kur Na ir Nd yra atitinkamai jonizuotų akceptorių ir donorų skaičius; Pi-3.1416; Q yra elektronų mokesčio vertė ; U - įėjimo įtampa; Uk - galimas skirtumas perėjimo sekcijoje; E - dielektrinės konstanta.

Formulės pasekmė yra tai, kad klasikinio diodo pn sankryžoje būdingas mažas lauko stipris ir santykinai didelis storis. Norint, kad elektronai patektų į laisvąją zoną, jiems reikia papildomos energijos (pranešama iš išorės).

Tunelio diodas savo konstrukcijoje naudoja tokius puslaidininkių tipus, kurie nešiklių kiekį pakeičia iki 10 (20 cm -3 cm), o tai iš esmės skiriasi nuo klasikinių. Dėl to kyla drastiškas perėjimo storio sumažėjimas, staigus lauko stiprio padidėjimas pn regiono regione ir, kaip rezultatas, tunelio jungties atsiradimas, kai elektronui nereikia papildomos energijos patekti į valentingą juostą. Taip yra todėl , kad dalelių energetinis lygis nesikeičia, kai patenka barjeras. Tunelio diodą galima lengvai atskirti nuo įprastinių įtampos charakteristikų. Šis efektas sukuria tam tikrą įstrižainę - neigiamą diferencialinio atsparumo vertę. Dėl to tunelio diodai yra plačiai naudojami aukšto dažnio įrenginiuose (mažinant pn tarpelio storį, kad toks prietaisas būtų greitas), tikslią matavimo įrangą, generatorius ir, žinoma, kompiuterines technologijas.

Nors srovės tunelio poveikis gali tekėti abiem kryptimis, tiesiogiai sujungiant diodą, intensyvumas pereinamojoje zonoje didėja, mažėja elektronų, kurie gali tuneluoti. Įtampos padidėjimas sukelia visišką tunelio srovės išnykimą, o poveikis būdingas tik įprastinei difuzijai (kaip ir klasikinėse dioduose).

Taip pat yra dar vienas analogiškų prietaisų atstovas - atvirkštinis diodas. Tai tas pats tunelio diodas, bet su pasikeitusiomis savybėmis. Skirtumas yra tas, kad laidumo vertė atvirkštiniame jungtyje, kurioje įprastas taisymo įtaisas "užsidaro", yra didesnis nei tiesioginis. Likusios savybės atitinka tunelio diodą: greitį, mažą vidinį triukšmą, galimybę ištaisyti kintamas sudedamąsias dalis.