Тунельні та обернені діоди тунельні діоди

Тунельний перехід електронів через \ (p \) - \ (n \) - перехід можливий, якщо товщина переходу мала і енергетичним рівням, заповненим електронами в одній області, відповідають такі ж вільні дозволені енергетичні рівні в сусідній області. Ці умови виконуються в переходах, утворених напівпровідниками з високою концентрацією домішок (вироджені напівпровідники). При цих умовах ширина \ (p \) - \ (n \) - переходу дуже мала, що обумовлює високу напруженість електричного поля в переході і ймовірність тунельного проходження електронів через його потенційний бар'єр.

Тунельний діод - це напівпровідниковий діод на основі виродженого напівпровідника, в якому тунельний ефект призводить до появи на вольт-амперної характеристики при прямій напрузі ділянки негативної диференціальної провідності. Вольт-амперна характеристика тунельного діода наведена на рис. 2.7-1.

Мал. 2.7-1. Вольт-амперна характеристика тунельного діода

Тунельний струм може проходити через перехід в обох напрямках. Однак в області прямого зміщення тунельний струм спочатку різко зростає, а досягнувши деякого максимального значення, потім різко зменшується. Зниження струму пов'язано з тим, що зі збільшенням напруженості електричного поля в переході в прямому напрямку зменшується число електронів, здатних зробити тунельний перехід. При деякому значенні прямого напруги число таких електронів стає рівним нулю і тунельний струм зникає зовсім. Подальше збільшення прямої напруги впливає тільки на прямий дифузійний струм, який збільшується з ростом напруги також, як і у звичайних випрямних або універсальних діодів. В області зворотного зсуву у тунельних діодів спостерігається тільки різке зростання тунельного струму при збільшенні зворотної напруги.

З огляду на дуже малої товщини \ (p \) - \ (n \) - переходу тунельного діода час переходу електронів через нього дуже мало, тому тунельний діод в області малих напруг - практично безінерційний прилад. Його частотні характеристики визначаються в основному бар'єрної ємністю переходу і різними витоками.

Наявність на вольт-амперної характеристики тунельного діода ділянки з негативним диференціальним опором (відношення приросту напруги до приросту струму) дозволяє використовувати діод в підсилювачах і генераторах електричних коливань, а також в різноманітних імпульсних пристроях, що тим більше виправдано, враховуючи високу швидкодію тунельних діодів. Якісні показники таких пристроїв визначаються довжиною і лінійністю ділянки з негативним диференціальним опором на ВАХ діода. Залежно від того, для застосування в яких з перерахованих вище пристроїв вони призначені, тунельні діоди діляться на підсилювальні. генераторні і переключательние.

Кожен з типів тунельних діодів має свої особливості. Наприклад, для генераторних діодів дуже важлива лінійність ділянки негативного диференціального опору, оскільки це забезпечує відсутність гармонік в генерованому сигналі, а для перемикальних діодів найбільш важливою є крутизна цієї ділянки.

Оскільки для виготовлення тунельних діодів використовуються вироджені напівпровідники, за характером провідності наближаються до металів, робоча температура цих діодів наближається до 400 ° C. Однак через низькі робочих напруг і малих площ переходів тунельні діоди мають дуже маленьку потужність.