Fantastisk halvledaranordning - tunneldiod

När man studerar mekanismen för rättelse av en variabelström i kontaktområdet av två olika medier - en halvledare och en metall, en hypotesen var framskriden att den baseras på laddningshållarnas så kallade tunnelverkan. Men vid den tidpunkten (1932) kunde inte utvecklingsnivån för halvledarteknologi oss bekräfta gissningen genom erfarenhet. Först i 1958 lyckades den japanska forskaren Esaki bekräfta det briljant och skapa den första tunneldioden. På grund av sina fantastiska egenskaper (i synnerhet hastighet) uppmärksammades denna teknik av specialister inom olika tekniska områden. Här är det värt att förklara att en diod är en elektronisk apparat, som är en kombination av två olika material i ett enda fall med olika typer av ledningsförmåga. Därför kan elströmmen passera genom den i endast en riktning. Polaritetskopplingen leder till en "stängning" av dioden och en ökning av dess motstånd. Ökning av spänningen leder till "nedbrytning".

Tänk på hur tunneldioden fungerar. Den klassiska likriktaren halvledaranordning använder kristaller med en mängd föroreningar som inte överstiger 10 till effekten 17 (-3 centimeter). Och eftersom denna parameter är direkt relaterad till antalet gratis laddningsbärare, visar det sig att den senare aldrig kan vara större än den angivna gränsen.

Det finns en formel som gör att vi kan bestämma mellanslagets tjocklek (p-n-övergången):

L = ((E * (Uk-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd) / (Na * Nd)) * 1.050.000,

där Na och Nd är antalet joniserade acceptorerrespektive donatorer; Pi - 3,1416; q är värdet av elektronladdningen; U är ingångsspänningen; Storbritannien är den potentiella skillnaden vid övergångssektionen; E är värdet av den dielektriska konstanten.

Konsekvensen av formeln är det faktum att förp-n-korsningen av den klassiska dioden kännetecknas av låg fältstyrka och en relativt stor tjocklek. För att elektroner ska komma in i frizonen behöver de ytterligare energi (kommuniceras från utsidan).

Tunneldioden använder sig i sin konstruktionSådana typer av halvledare, som förändrar innehållet av föroreningar till 10 till kraften 20 (-3 centimeter), vilket är en storleksordning som skiljer sig från de klassiska. Detta leder till en drastisk minskning av övergångstjockleken, en kraftig ökning av fältstyrkan i regionen p-n och följaktligen utseendet av en tunnelförbindelse när elektronen inte behöver ytterligare energi för att komma in i valensbandet. Detta beror på att partikelnivån inte förändras när barriären passerar. Tunneldioden kan enkelt skilja sig från konventionella med sin nuvarande spänningsegenskaper. Denna effekt skapar en sorts sprut på det - ett negativt värde på differentialmotståndet. På grund av detta används tunneldioder i högfrekventa enheter (en minskning av tjockleken på p-n-gapet gör en sådan höghastighetsanordning), exakt mätutrustning, generatorer och naturligtvis datorteknik.

Även om strömmen med en tunneleffekt kanflödes i båda riktningarna, med en direkt anslutning av dioden ökar spänningen i övergångszonen, vilket minskar antalet elektroner som kan tunnas. En ökning i spänningen leder till att tunnelströmmen fullständigt försvinner och påverkar endast den vanliga diffusa strömmen (som i klassiska dioder).

Det finns också en annan representant för sådanaenheter - omvänd diod. Den representerar samma tunneldiod, men med förändrade egenskaper. Skillnaden är att värdet av ledningsförmågan vid den bakre förbindelsen, där den vanliga likriktningsanordningen "stänger", är högre än vid den direkta. De återstående egenskaperna motsvarar en tunneldiod: hastighet, lågt självstörande ljud, förmågan att rätta till de rörliga komponenterna.