İnanılmaz yarıiletken cihaz - tünel diyodu

Bir değişkeni doğrultma mekanizması incelendiğindeiki farklı ortamın temas alanındaki - bir yarı iletken ve bir metal - akımda, yük taşıyıcılarının tünel oluşturan etkisi temelinde olduğu hipotezi ileri sürülmüştür. Bununla birlikte, o zamanlar (1932) yarı iletken teknolojilerin gelişme seviyesi, tahminimizi tecrübeyle teyit etmemize izin vermedi. Ancak 1958'de Japon bilim adamı Esaki, bunu teyit etmeyi başararak ilk tünel diyodunu oluşturmayı başardı. Muhteşem nitelikleri (özellikle hız) nedeniyle, bu cihaz çeşitli teknik uzmanların dikkatini çekti. Burada, bir diyodun, farklı iletkenlik tiplerine sahip tek bir durumda iki farklı malzemenin bir kombinasyonu olan bir elektronik cihaz olduğunu açıklamaya değer. Bu nedenle, elektrik akımı yalnızca bir yönde geçebilir. Kutupsallığın ters çevrilmesi, diyodun "kapatılması" na ve direncinde bir artışa neden olur. Voltajın arttırılması "arıza" yaratır.

Tünel diyotunun nasıl çalıştığını düşünün. Klasik doğrultucu yarı iletken cihazı, 10'u aşmayan bir miktardaki saf olmayan kristalleri 17 (-3 santimetre) kadar güç kullanır. Ve bu parametre doğrudan serbest yük taşıyıcılarının sayısıyla ilişkili olduğu için, bu parametrenin belirtilen sınırdan hiçbir zaman fazla olamayacağı ortaya çıkıyor.

Ara bölgenin kalınlığını (p-n geçişini) belirlememizi sağlayan bir formül var:

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

burada Na ve Nd iyonize edilmiş akseptörlerin sayısıdırve donörler; Pi - 3,1416; q elektron yükünün değeri; U giriş voltajıdır; Uk geçiş bölümündeki potansiyel farktır; E dielektrik sabitinin değeridir.

Formülün sonucu,klasik diyotun p-n birleşimi, düşük alan kuvveti ve nispeten daha büyük bir kalınlık ile karakterizedir. Elektronların serbest bölgeye girmesi için, ek enerjiye (dışardan iletilir) ihtiyaç duyarlar.

Tünel diyodu inşaatında kullanıyoryabancı maddelerin içeriğini 10'a, klasik sınıflardan farklı bir büyüklükteki 20 (-3 santimetre) 'ye değiştiren yarı iletken türleri. Bu, geçiş kalınlığının sert bir şekilde azalmasına, p-n bölgesi bölgesindeki alan kuvvetinin keskin bir artışa ve elektronun değerlik bandına girmek için ek enerjiye ihtiyaç duymadığı bir tünel birleşiminin ortaya çıkmasına neden olur. Bunun nedeni, parçacıkların enerji seviyesinin bariyer geçtikçe değişmemesidir. Tünel diyodu, akım-voltaj karakteristiği ile konvansiyonel akımlardan kolaylıkla ayırt edilebilir. Bu etki bir çeşit sıçrama yaratır - diferansiyel direncin negatif bir değeri. Bu nedenle, tünel diyotları, yüksek frekanslı cihazlarda (p-n aralığının kalınlığında bir azalma böyle bir cihazı yüksek hız yapar), doğru ölçüm cihazlarını, jeneratörleri ve tabii ki bilgisayar teknolojisini kullanmaktadır.

Tünel efektindeki akım her ne kadardiyodun doğrudan bağlantısı ile, geçiş bölgesinin yoğunluğu artar, tünel oluşturabilen elektronların sayısı azaltılır. Voltaj artışı, tünel akımının tamamen ortadan kalkmasına yol açar ve etki klasik diyotlarda olduğu gibi sadece sıradan dağılıma bağlı olur.

Benzer başka bir temsilcisi de varcihazlar - ters diyot. Aynı tünel diyodu, ancak değiştirilmiş özellikleriyle. Aradaki fark, sıradan rektifiye etme cihazının "kapandığı" ters bağlantıdaki iletim değerinin, direkt olandan daha yüksek olmasıdır. Kalan özellikler tünel diyotuna karşılık gelir: hız, küçük içsel gürültü, değişken bileşenleri düzleştirme yeteneği.