Verbazingwekkend halfgeleiderapparaat - tunneldiode

Bij het bestuderen van het mechanisme van rectificatie van wisselstroom in het gebied van contact tussen twee verschillende media - een halfgeleider en een metaal, werd een hypothese geavanceerd dat het gebaseerd is op het zogenaamde tunneling effect van ladingsdragers. Echter, op dat moment (1932) heeft het ontwikkelingsniveau van halfgeleidertechnologieën ons niet mogelijk om de gok door ervaring te bevestigen. Pas in 1958 slaagde de Japanse wetenschapper Esaki erin om het briljant te bevestigen en de allereerste tunneldiode te creëren. Dankzij zijn verbazingwekkende kwaliteiten (in het bijzonder snelheid), heeft dit toestel de aandacht van specialisten van verschillende technische gebieden aangetrokken. Hier is het de moeite waard te verklaren dat een diode een elektronisch apparaat is, dat een combinatie van twee verschillende materialen in één enkele geval is, met verschillende soorten geleidbaarheid. Daarom kan de elektrische stroom er in slechts één richting doorheen gaan. De polariteit omkering leidt tot een "afsluiten" van de diode en naar de groei van zijn weerstand. Het verhogen van de spanning leidt tot "breakdown".

Overweeg hoe de tunneldiode werkt. Het klassieke gelijkrichter halfgeleiderapparaat maakt gebruik van kristallen met een hoeveelheid onzuiverheden van niet meer dan 10 tot de kracht van 17 (-3 centimeter). En aangezien deze parameter direct verband houdt met het aantal gratis laders, blijkt dat deze laatste nooit groter kan zijn dan de aangegeven limiet.

Er is een formule die het mogelijk maakt om de dikte van de tussenzone te bepalen (overgang pn):

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

Waar Na en Nd het aantal geïoniseerde acceptors en donors respectievelijk zijn; Pi - 3,1416; Q is de waarde van de elektronenlading; U is de ingangsspanning; Verenigd Koninkrijk is het potentiële verschil in de transitie sectie; E is de waarde van de diëlektrische constante.

Een gevolg van de formule is het feit dat de pn-kruising van een klassieke diode wordt gekenmerkt door een lage veldsterkte en een relatief grote dikte. Om elektronen in een vrije zone te kunnen betreden, hebben ze extra energie nodig (van buitenaf gekommuniceerd).

De tunneldiode gebruikt in zijn ontwerp dergelijke soorten halfgeleiders die de onzuiverheidsinhoud veranderen tot 10 tot de kracht van 20 (-3 centimeter), die een orde van grootte is die verschilt van de klassieke. Dit leidt tot een drastische vermindering van de dikte van de overgang, een sterke toename van de veldsterkte in het gebied van de pn-regio en als gevolg daarvan het verschijnen van een tunnelverbinding, wanneer de elektronen geen extra energie nodig heeft om de valensband te betreden. Dit komt omdat het energieniveau van het deeltje niet verandert wanneer de barrière voorbij gaat. De tunneldiode kan gemakkelijk onderscheiden worden van de gewone door zijn stroomspanningskarakteristiek. Dit effect maakt een soort splash op - een negatieve waarde van de differentiaalweerstand. Daardoor worden tunneldiodes op grote schaal gebruikt in hoogfrequente apparaten (het verminderen van de dikte van de pn-kloof maakt een dergelijk apparaat snel), nauwkeurige meetapparatuur, generatoren en natuurlijk computertechnologie.

Hoewel de stroom in het tunnel effect in beide richtingen kan stromen, met een directe verbinding van de diode, neemt de intensiteit in de overgangszone toe, waardoor het aantal tunnels met elektrisch vermogen wordt verminderd. Een toename van de spanning leidt tot de volledige verdwijning van de tunnelstroom en het effect is alleen op de gewone diffuse (zoals bij klassieke diodes).

Ook is er een andere vertegenwoordiger van soortgelijke apparaten - een omgekeerde diode. Het is dezelfde tunneldiode, maar met gewijzigde eigenschappen. Het verschil is dat de geleidingswaarde bij de omgekeerde verbinding, waarin het gewone rectificatieapparaat "sluit" hoger is dan voor de directe. De overige eigenschappen corresponderen met de tunneldiode: snelheid, klein intrinsiek geluid, het vermogen om de variabele componenten te corrigeren.