Alagút dióda

Az alagútdióda vagy Esaki dióda ( Leo Esaki találta fel 1957-ben) egy degenerált félvezető alapú félvezető dióda , amelynek áram-feszültség karakterisztikáján előrefelé ható feszültség esetén van egy negatív szakasz. differenciálellenállás az alagúthatás miatt .

Eszköz

Az alagútdióda egy pn átmenet , melynek mindkét régiója rendkívül erős, degenerációig , adalékolásig – az n régióban a donorok és a p régióban az akceptorok koncentrációja meghaladhatja az 1019 cm - 3 -t . Félvezető anyagként szilíciumot, germániumot, A III B V vegyületeket használnak . A készüléknek két kimenete van, amelyek így vagy úgy egy közös áramkörhöz vannak csatlakoztatva . $N_{D}$ $N_A$

Működési elv

A növekvő előremenő feszültségű hagyományos diódák monoton módon növelik az átvitt áramot. Az alagútdiódában az elektronok kvantummechanikai alagútja az áram-feszültség karakterisztikát biztosítja: az átvitt áram éles emelkedése, majd csökkenése az egyenfeszültség ("+" a p - tartományban) növekedésével.

A p - és n - régiók nagyfokú doppingolása miatt a Fermi szintek a megengedett sávokon belülre esnek: és . A nullától (itt elemi töltésig) terjedő feszültségtartományban az n - tartomány vezetési sávja energetikailag átfedi a p - tartomány vegyértéksávját [1] , vagyis kiderül, hogy . Ilyen feszültségeknél az alagúthatás lehetővé teszi az elektronok számára, hogy az 50-150 Å szélességű átmeneti tartományban leküzdjék az energiagátat , és az áramhoz való hozzájárulás főként a tartományok és (a legtöbb állapot) metszéspontjából származó energiákból származik. a tartományban a gát egyik oldalán elektronok vannak tele, a másikon pedig üresek, ami feltételeket teremt az átvitelhez). Az előremenő feszültség további növekedésével, és mivel az alagút során az elektron energiáját meg kell őrizni [2] , ez lehetetlenné válik - áramtörés következik be. ${\displaystyle E_{Fp))$ ${\displaystyle E_{Fn))$ $E_{vp}>E_{Fp}$ $E_{Fn}>E_{cn}$ $(E_{vp}-E_{Fp})/q+(E_{Fn}-E_{cn})/q$ $q$ ${\displaystyle E_{vp}>E_{cn))$ ${\displaystyle E_{cn}\ldots E_{vp))$ ${\displaystyle E_{Fp}\ldots E_{Fn))$ ${\displaystyle E_{Fp}\ldots E_{Fn))$ ${\displaystyle E_{vp}<E_{cn))$

Az eredményül kapott negatív differenciális ellenállás tartomány , ahol a feszültség növekedését az áramerősség csökkenése kíséri, a gyenge mikrohullámú jelek erősítésére használják.

Az elektronok alagútjával párhuzamosan a vezetési sáv mentén az n - tartományból a p - tartományba kerülnek. Ez a folyamat, mint a hagyományos diódáknál, monoton módon növekszik az előremenő feszültség növekedésével, és csökkenés után második áramnövekedést biztosít (lásd az áram-feszültség karakterisztikát).

Találmánytörténet

"Érzékelő generálása"

Az első "generáló detektort" - egy fém félvezetővel való érintkezéséből kialakított, negatív differenciálellenállású diódát - William Eccles mutatta be 1910-ben, de akkor még nem keltett érdeklődést [3] .

Az 1920-as évek elején Oleg Losev szovjet rádióamatőr, fizikus és feltaláló , Ecclestől függetlenül, felfedezte a negatív differenciálellenállás hatását a kristályos cink-oxid diódákban . Ezt a hatást " cristadyne "-nek nevezték, és elektromos rezgések generálására és felerősítésére használták rádióvevőkben és -adókban, de a vákuumeszközök hamarosan kiszorították a gyakorlati rádiótechnikából . A kristadin-hatás előfordulási mechanizmusa nem tisztázott. Sok szakértő azt állítja, hogy ezt a félvezető alagúthatás okozza , de erre (2004-től) nem érkezett közvetlen kísérleti megerősítés. Vannak más fizikai jelenségek is, amelyek kiválthatják a cristadine hatást [3] . Ugyanakkor a krisztadin és az alagútdióda különböző eszközök, és negatív differenciálellenállásuk az áram-feszültség karakterisztika különböző részein jelenik meg. .

Valójában alagútdióda

Az első germánium alapú alagútdiódát 1957-ben készítette Leo Esaki , aki 1973 - ban fizikai Nobel-díjat kapott az elektronalagút hatásának kísérleti felfedezéséért ezekben a diódákban.

Alkalmazás

A gyakorlatban legszélesebb körben használt alagútdiódák a Ge , GaAs és a GaSb . Ezeket a diódákat széles körben használják előerősítőként, oszcillátorként és nagyfrekvenciás kapcsolóként. A tetródák működési frekvenciájának sokszorosát meghaladó frekvencián működnek - 30...100 GHz -ig .

Lásd még

Jegyzetek

↑ Alagútdióda / Esaki L. // Tardigrades - Ulyanovo. - M .: Szovjet Enciklopédia, 1977. - S. 316. - ( Great Soviet Encyclopedia : [30 kötetben] / főszerkesztő A. M. Prohorov ; 1969-1978, 26. v.).
↑ Alagúthatás / Kirzhnits D. A. // Tardigrades - Uljanovo. - M . : Szovjet Enciklopédia, 1977. - S. 316-317. - ( Nagy Szovjet Enciklopédia : [30 kötetben] / főszerkesztő A. M. Prohorov ; 1969-1978, 26. v.).
↑ 1 2 Novikov M. A. Oleg Vladimirovich Losev - a félvezető elektronika úttörője (Születésének századik évfordulójára) // Szilárdtestfizika. - 2004. - T. 46 , sz. 1 . - 5-9 . o . Az eredetiből archiválva : 2012. február 19.

Irodalom

Elkin S.A. Tunnel diode: értékelés, kiválasztás és gyakorlati alkalmazás // Radioamator: folyóirat. - 2006. - 4. sz . - S. 26-29 . (Orosz)
Lebedev AI Félvezető eszközök fizikája. Fizmatlit, 2008.
Poljakov Alekszandr Mihajlovics 27. § Alagútdiódák // Unraveled semiconductor. - M . : Nevelés, 1981. - S. 137-145. — 160 s. — (A tudás világa).

Linkek

Alagút és fordított diódák

Félvezető diódák
Bejelentkezés alapján	LED-ek Fotodiódák Félvezető lézerek Helyreigazítás Impulzus magas frekvencia mikrohullámú sütő zener diódák
LED-ek	Szuperlumineszcens dióda szerves LED Kék LED Fehér LED
Helyreigazítás	szelén egyenirányító Réz-oxid egyenirányító
Generátor diódák	Lavina dióda alagút dióda Gunn dióda
Referencia feszültségforrások	zener dióda Rejtett szerkezettel Lavina dióda Stabistor
Egyéb	Schottky dióda fordított dióda tűs dióda Fotodióda Lavina fotodióda Photomatrix Varicap Varactor Magnetodióda Pont dióda
Lásd még	lambda dióda Kristály detektor Dióda híd pn -átmenet