Neverjetna polprevodniška naprava - tunelska dioda

Pri preučevanju mehanizma ravnanja izmenični tok na kontaktni površini dveh različnih medijev - polprevodnika in kovine - je bila podana hipoteza, da temelji na tako imenovanem tunelskem učinku nosilcev polnil. Vendar pa takrat (1932) stopnja razvitosti polprevodniških tehnologij ni omogočala, da bi potrdili ugibanje po izkušnjah. Šele leta 1958 je japonski znanstvenik Esaki uspel to prepričati, da je ustvaril prvo tunelsko diodo. Zaradi svojih neverjetnih lastnosti (zlasti hitrosti) je ta naprava pritegnila pozornost strokovnjakov iz različnih tehničnih področij. Tukaj je treba pojasniti, da je dioda elektronska naprava, ki je kombinacija dveh različnih materialov v enem primeru z različnimi vrstami prevodnosti. Zato lahko električni tok prehaja skozi samo eno smer. Preobrat polarnosti vodi do "zapiranja" diode in povečanja njegove odpornosti. Povečanje napetosti vodi v "razčlenitev".

Razmislite, kako deluje tunelska dioda. Classic usmerjevalnik polprevodniška naprava uporablja kristale z nečistočo, ki ne presega 10, s močjo 17 (-3 centimetra). Ker je ta parameter neposredno povezan s številom brezplačnih nosilcev, se izkaže, da slednji nikoli ne more biti večji od določene meje.

Obstaja formula, ki nam omogoča določitev debeline vmesnega območja (p-n prehod):

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

kjer sta Na in Nd - število ioniziranih sprejemnikov in darovalcev, oziroma - Pi - 3.1416 - q - vrednost polnjenje elektrona- U je vhodna napetost, Uk je potencialna razlika v prehodnem odseku, E je vrednost dielektrična konstanta.

Posledica formule je dejstvo, da je p-n spoj klasične diode označen z nizko poljsko jakostjo in sorazmerno veliko debelino. Da bi elektroni vstopili v prosto cono, potrebujejo dodatno energijo (sporočeno od zunaj).

V tunelski diodi v svoji zasnovi se uporabljajo takšne vrste polprevodnikov, ki spremenijo vsebnost nečistoč na 10 do moči 20 (-3 centimetra), kar je red velikosti, ki se razlikuje od klasičnih. To vodi do drastičnega zmanjšanja debeline prehoda, močnega povečanja jakosti polja v regiji p-n regije in posledično videza tunelnega spoja, ko elektron ne potrebuje dodatne energije za vstop v valenčni pas. To je zato, ker energetska raven delec se ne spremeni, ko prečka pregrado. Diode predora je mogoče enostavno razlikovati od običajnih tokovno-napetostna karakteristika. Ta učinek ustvarja neke vrste brizganje - negativna vrednost diferencialne upornosti. Zaradi tega se v visokofrekvenčnih napravah široko uporabljajo tunelske diode (zmanjšanje debeline p-n reže omogoča takšno napravo za visoke hitrosti), natančne merilne naprave, generatorje in seveda računalniško tehnologijo.

Čeprav je tok učinek tunela lahko teče v obe smeri, z direktno povezavo diode, intenzivnost v prehodnem območju povečuje, zmanjšuje število elektronov, ki so sposobni tuneliranja. Povečanje napetosti povzroči popolno izginotje tunelskega toka in učinek le na navadne razpršene (kot pri klasičnih dioda).

Prav tako obstaja še en predstavnik takih naprav - obrnjena dioda. Je enaka tunelska dioda, vendar s spremenjenimi lastnostmi. Razlika je v tem, da je vrednost prevodnosti ob reverzni povezavi, pri kateri se običajna rektifikatorka "zapre", višja kot pri neposredni. Preostale lastnosti ustrezajo tunelski diodi: hitrost, majhen notranji hrup, sposobnost poravnavanja spremenljivih komponent.