Καταπληκτική συσκευή ημιαγωγών - δίοδος σήραγγας

Σε αυτή την τάση, το συνηθισμένο ρεύμα έγχυσης διάχυσης εμφανίζεται μέσω της διασταύρωσης p-n. Με την αύξηση της μπροστινής τάσης U > U2, το ρεύμα προς τα εμπρός θα αυξηθεί, όπως στις συμβατικές διόδους ανορθωτή.

Με αντίστροφη τάση U< 0 опять возникают условия для туннельного перехода электронов с заполненных уровней валентной зоны p-области на свободные уровни зоны проводимости n-области. Через диод потечёт обратный ток в направлении от n-области к p-области. Δίοδος σήραγγαςέχει σχετικά υψηλή αγωγιμότητα σε αντίστροφη τάση.

Έτσι, μια δίοδος σήραγγας έχει αρνητική διαφορική αντίσταση σε ένα ορισμένο εύρος μπροστινών τάσεων, γεγονός που της επιτρέπει να χρησιμοποιείται για τη δημιουργία και την ενίσχυση ταλαντώσεων, καθώς και σε κυκλώματα μεταγωγής.

Τα πλεονεκτήματα των διόδων σήραγγας είναι οι υψηλές συχνότητες λειτουργίας, μέχρι φούρνο μικροκυμάτων, χαμηλό επίπεδο θορύβου, σταθερότητα υψηλής θερμοκρασίας, υψηλή πυκνότητα ρεύματος (10 3 -10 4 A/cm 2).

Ως μειονέκτημα, θα πρέπει να σημειωθεί η χαμηλή ισχύς εξόδου λόγω των χαμηλών τάσεων λειτουργίας και η ισχυρή ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ εισόδου και εξόδου, που δυσκολεύει τη χρήση τους.

Ένας τύπος διόδων σήραγγας είναι οι ανεστραμμένες δίοδοι, που κατασκευάζονται με βάση έναν ημιαγωγό με συγκεντρώσεις ακαθαρσιών στις περιοχές p και n της διόδου, χαμηλότερες από τις διόδους σήραγγας, αλλά υψηλότερες από τις συμβατικές διόδους ανορθωτή.

Παράμετροι διόδων σήραγγας

Ρεύμα αιχμής Iп (από εκατοντάδες microamp έως εκατοντάδες milliamps).

Τάση αιχμής U p είναι η προς τα εμπρός τάση που αντιστοιχεί στο ρεύμα I p.

Το ρεύμα της κοιλάδας Iv, που αντιστοιχεί στην τάση Uv.

Η τάση κοιλάδας είναι η προς τα εμπρός τάση που αντιστοιχεί στο ρεύμα Iv.

Αναλογία ρεύματος Ip/Iv. Για διόδους σήραγγας από GaAs, η αναλογία Iп/Iв ≥10, για το γερμάνιο είναι 3-6.

Η τάση λύσης Uр - η μπροστινή τάση που αντιστοιχεί στο τυπικό ρεύμα στον δεύτερο αύξοντα κλάδο του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης, καθορίζει το πιθανό άλμα τάσης στο φορτίο όταν η δίοδος της σήραγγας λειτουργεί στο κύκλωμα μεταγωγής.

Αρνητική διαφορική αντίσταση Rdif=dU/dI, που προσδιορίζεται στο μέσο του τμήματος πτώσης BAX.

Ειδική χωρητικότητα Cd/Ip – ο λόγος της χωρητικότητας της διόδου της σήραγγας προς το ρεύμα αιχμής.

Η περιοριστική συχνότητα αντίστασης fr είναι η συχνότητα στην οποία το ενεργό συστατικό της σύνθετης αντίστασης της διόδου μηδενίζεται.

Η συχνότητα συντονισμού f0 είναι η συχνότητα με την οποία το αντιδραστικό στοιχείο της σύνθετης αντίστασης μηδενίζεται.

Τέλος εργασίας -

Αυτό το θέμα ανήκει στην ενότητα:

Υπολογίστε το ελάχιστο κέρδος του τρανζίστορ εξόδου της απλούστερης πύλης TTL

Η βαλβίδα TTL βρίσκεται στα αριστερά και το χαρακτηριστικό μεταφοράς της δεν είναι στα δεξιά... Ηλεκτρικό διάγραμμαΒαλβίδα TTL με σύνθετο μετατροπέα...

Εάν χρειάζεστε πρόσθετο υλικόγια αυτό το θέμα, ή δεν βρήκατε αυτό που ψάχνατε, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε την αναζήτηση στη βάση δεδομένων των έργων μας:

Τι θα κάνουμε με το υλικό που λάβαμε:

Εάν αυτό το υλικό σας ήταν χρήσιμο, μπορείτε να το αποθηκεύσετε στη σελίδα σας στα κοινωνικά δίκτυα:

Όλα τα θέματα σε αυτήν την ενότητα:

Η αρχή λειτουργίας του τρανζίστορ Schottky.
Τα τρανζίστορ Schottky διαφέρουν από τα συμβατικά διπολικά τρανζίστορ στο ότι δεν εισέρχονται σε βαθύ κορεσμό, επομένως, λίγοι φορείς φορτίου συσσωρεύονται στις βάσεις τους σε ανοιχτή κατάσταση και σε

Πώς επηρεάζει η ακτινοβολία τα χαρακτηριστικά της διασταύρωσης p-n.
Η απόκριση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC) στην ιονίζουσα ακτινοβολία καθορίζεται, πρώτα απ 'όλα, από την εξάρτηση των παραμέτρων των στοιχείων του από τις επιπτώσεις της μετατόπισης και του ιοντισμού. Με τη σειρά του, ένας συγκεκριμένος τύπος e

Απολέπιση. Βασικές αρχές
Ακόμα κι αν το ελάχιστο μέγεθος είναι το ίδιο, τα πρότυπα σχεδιασμού διαφέρουν συνήθως μεταξύ εταιρειών και διαδικασιών. Αυτό καθιστά πολύ δύσκολο το έργο της μεταφοράς της υπάρχουσας ανάπτυξης σε άλλη διαδικασία.

Η αρχή της λειτουργίας ενός τρανζίστορ σε αντίστροφη λειτουργία
Ένα διπολικό τρανζίστορ είναι ένας ηλεκτρικός μετατροπέας συσκευή ημιαγωγών, το οποίο έχει στη δομή του δύο αλληλεπιδρώντες συνδέσεις p-n και τρία εξωτερικά τερματικά, και προορίζεται, ιδίως

Ο πρώτος και ο δεύτερος νόμος του Μουρ.
Ο νόμος του Moore είναι μια εμπειρική παρατήρηση που έγινε το 1964 (έξι χρόνια μετά την εφεύρεση του ολοκληρωμένου κυκλώματος), ενώ ετοίμαζε μια ομιλία του G. Moore (ένας από τους ιδρυτές της Intel). Είναι ψηλός

Thyristor. Αρχή λειτουργίας

Μέθοδος μέτρησης δυναμικών παραμέτρων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Οι δυναμικές παράμετροι που χαρακτηρίζουν τις ιδιότητες του μικροκυκλώματος στη λειτουργία μεταγωγής περιλαμβάνουν: χρόνο καθυστέρησης σήματος όταν είναι ενεργοποιημένο - χρονικό διάστημα μεταξύ παλμών εισόδου και εξόδου

Τύποι πυκνωτών σε ολοκληρωμένη σχεδίαση
Η αρχή της λειτουργίας των πυκνωτών βασίζεται στην ικανότητα συσσώρευσης ηλεκτρικών φορτίων στις πλάκες όταν εφαρμόζεται τάση μεταξύ τους. Ένα ποσοτικό μέτρο της ικανότητας συσσώρευσης ηλεκτρικού

Πίνακες πυλών
Η δομή της μήτρας πύλης αποτελείται από τα λεγόμενα βασικά κελιά (πύλες) και συνδέσεις μεταξύ τους, που υλοποιούνται στο τσιπ χρησιμοποιώντας τεχνολογία καναλιών. Περιέχει κύτταρα

Σχεδιασμός και θερμικοί περιορισμοί στο σχεδιασμό ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
Η βασική μονάδα για τον καθορισμό των προτύπων σχεδιασμού είναι το ελάχιστο πλάτος γραμμής. Δηλαδή το ελάχιστο μέγεθος σε μια φωτομάσκα που μπορεί να μεταφερθεί αξιόπιστα σε ημιαγωγούς

Μοντέλο Ebers-Moll ενός διπολικού τρανζίστορ
Μοντέλο μεταφοράς Ebers-Moll Το μοντέλο βασίζεται σε ένα ισοδύναμο κύκλωμα. Τύποι υπολογισμού, συνδυασμένοι σε ένα σύστημα

Μέθοδοι για την ενεργοποίηση ενός διπολικού τρανζίστορ.
Οποιοδήποτε κύκλωμα σύνδεσης τρανζίστορ χαρακτηρίζεται από δύο βασικούς δείκτες: Κέρδος ρεύματος Iout/Iin.

Αντίσταση εισόδου Rin=Uin/Iin
Τρανζίστορ εφέ πεδίου. Αρχή λειτουργίας

Υπάρχουν δύο τύποι τρανζίστορ πεδίου: με διασταύρωση ελέγχου και με μονωμένη πύλη. Όλα έχουν τρία ηλεκτρόδια: πηγή (πηγή φορέων ρεύματος), πύλη (ηλεκτρόδιο ελέγχου) και αποστράγγιση (ηλεκτρόδιο).
Τρανζίστορ εφέ πεδίου με έλεγχο p-n διασταύρωση Ρύζι. 1. Η συσκευή ενός τρανζίστορ πεδίου με χειριστήριοδιασταύρωση p-n Τρανζίστορ εφέ πεδίου μεδιαχειριστής p-n

η μετάβαση είναι ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου του οποίου η πύλη είναι μονωμένη (τότε
Διπολικό τρανζίστορ. Αρχή λειτουργίας

Ένα διπολικό τρανζίστορ είναι μια συσκευή ημιαγωγών τριών ηλεκτροδίων, ένας από τους τύπους τρανζίστορ. Τα ηλεκτρόδια συνδέονται με τρία διαδοχικά στρώματα ημιαγωγών με
Σύγχρονα συστήματα αυτόματης αναγνώρισης.

Τα κυριότερα: Βιομετρικοί γραμμικοί κώδικες δακτυλικών αποτυπωμάτων και κάρτες τσιπ RFID (αυτό θα ρωτήσει κυρίως!!!) Όλα έχουν μειονεκτήματα σε ακρίβεια και όγκο
Συσκευές ημιαγωγών με χαρακτηριστικά σχήματος Ν.

Οι συσκευές S είναι συσκευές ημιαγωγών των οποίων η λειτουργία βασίζεται σε ένα χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης σχήματος S, στο οποίο υπάρχει ένα (AB) ή περισσότερα τμήματα με αρνητική αντίσταση. Στο ημιπρ
Σύστημα παραμέτρων λογικών στοιχείων.

Οι κύριες παράμετροι των ψηφιακών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων είναι η ταχύτητά τους, η κατανάλωση ισχύος, ο συντελεστής συνδυασμού εισόδου, ο συντελεστής ανεμιστήρα εξόδου, η σταθερότητα έναντι εξωτερικών
Συσκευές ημιαγωγών με αρνητική αντίσταση.

Το θυρίστορ είναι μια συσκευή ημιαγωγών με δύο σταθερές καταστάσεις, με τρεις ή περισσότερες αλληλεπιδρώντες ανορθωτικές διασταυρώσεις, το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της οποίας έχει αρνητικό τμήμα
Αρχή σχεδίασης και λειτουργίας τρανζίστορ πολλαπλών εκπομπών.

Νόμος του Μουρ. Βαθμός ολοκλήρωσης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Ο νόμος του Μουρ είναι μια εμπειρική παρατήρηση που έγινε το 1965 (έξι χρόνια μετά την εφεύρεση του ολοκληρωμένου κυκλώματος) ενώ ετοίμαζε μια ομιλία από τον Γκόρντον Μουρ (έναν από τους ιδρυτές του

Πολυστρωματικές κατασκευές ημιαγωγών
Στην πραγματικότητα, για να πληρούνται και οι δύο προϋποθέσεις, δεν αρκεί μια σύνδεση pn στον κρύσταλλο και είναι απαραίτητη η κατασκευή πολυστρωματικών δομών ημιαγωγών, των λεγόμενων ετεροστών

Βαλβίδα έγχυσης. Αρχή λειτουργίας.
Βάση στοιχείο λογικής(LE) στη βιβλιογραφία ονομάζεται βαλβίδα. Τα στοιχεία της ενσωματωμένης λογικής έγχυσης διακρίνονται από την απλότητα της τεχνολογίας και του σχεδιασμού τους, καθώς αποτελούνται από διπολικά μεταβατικά

Υπολογισμός παραμέτρων μιας ενιαίας αντίστασης.
Όλοι οι υπολογισμοί πραγματοποιούνται σύμφωνα με ένα απλοποιημένο σχήμα χρησιμοποιώντας πινακικές τιμές από το βιβλίο αναφοράς. Επιλέξτε το πλάτος της περιοχής βάσης για την αντίσταση: Αντιστάσεις χαμηλής αντίστασης με βαθμολογία R ≤ 1 k

Τύπος για το κέρδος ενός διπολικού τρανζίστορ.
Μια από τις πιο σημαντικές εφαρμογές διπολικό τρανζίστορείναι η ενίσχυση των ταλαντώσεων. Ένα σήμα ελέγχου χαμηλής ισχύος παρέχεται στην είσοδο του τρανζίστορ. Υπό την επίδραση του εναλλασσόμενου σήματος εισόδου, αλλάζουν

Πώς διαφέρει το πραγματικό χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης μιας διασταύρωσης pn από το θεωρητικό;
Το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης μιας διασταύρωσης p-n είναι η εξάρτηση του ρεύματος μέσω της διασταύρωσης p-n από το μέγεθος και την πολικότητα της εφαρμοζόμενης τάσης. Κατά την εξαγωγή του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης, μπορείτε

Η δίοδος Schottky (επίσης σωστά Schottky, συντομογραφία DS) είναι μια δίοδος ημιαγωγών με χαμηλή πτώση τάσης στο άμεση σύνδεση. Οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούν μια διασταύρωση μετάλλου-ημιαγωγού ως φράγμα

Πώς ονομάζονται οι συσκευές που βασίζονται σε επαφή μετάλλου-ημιαγωγού;
Μια δίοδος Schottky (επίσης σωστά Schottky, συντομογραφία DS) είναι μια δίοδος ημιαγωγών με χαμηλή πτώση τάσης όταν συνδέεται απευθείας. Οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούν μια διασταύρωση μετάλλου-ημιαγωγού

Σχεδιάστε ένα διάγραμμα κυκλώματος ενός μονωμένου τρανζίστορ πύλης και εξηγήστε την αρχή λειτουργίας του.
Τρανζίστορ με μόνωση πύλης Ένα τρανζίστορ με μόνωση πύλης είναι ένα τρανζίστορ του οποίου η πύλη διαχωρίζεται ηλεκτρικά από το κανάλι με ένα διηλεκτρικό στρώμα. Fi

Εξηγήστε την αρχή λειτουργίας ενός dinistor.
Τα θυρίστορ είναι η γενική ονομασία για συσκευές ημιαγωγών τεσσάρων και πέντε στρωμάτων με τη δομή τύπου P-N-P-Nή P-N-P-N-P.

Ένα δινιστόρ είναι ένα θυρίστορ που έχει μόνο δύο ακροδέκτες
Το θυρίστορ είναι μια συσκευή ημιαγωγών με τρεις (ή περισσότερες) συνδέσεις p-n, το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της οποίας έχει ένα τμήμα με αρνητική διαφορική αντίσταση και το οποίο χρησιμοποιείται

Τι είναι τα προσαρμοσμένα και τα ημι-προσαρμοσμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα;
Σε αντίθεση με τα τυπικά ολοκληρωμένα κυκλώματα (ICs), τα προσαρμοσμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα (Customer Specific Integrated Circuits (CSIC)) έχουν σχεδιαστεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις των πελατών και έχουν σχεδιαστεί για να

Εξάρτηση της χωρητικότητας του πυκνωτή (MDP - διεργασία) από την πολικότητα της τροφοδοτούμενης τάσης
Μία από τις πιο κοινές μεθόδους για τη μελέτη των ιδιοτήτων των κατασκευών μετάλλου-μονωτικού-ημιαγωγού είναι μια μέθοδος που βασίζεται στην ανάλυση της εξάρτησης της χωρητικότητας της δομής MIS SMDPot από

Εξάρτηση της χωρητικότητας του πυκνωτή (MDP - διεργασία) από τη συχνότητα.
Κατά την πειραματική μέτρηση των χαρακτηριστικών χωρητικότητας-τάσης των δομών MIS, η συχνότητα του σήματος μέτρησης ω είναι σημαντική. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι διαδικασίες σύλληψης και απελευθέρωσης στην επιφάνεια

Εξάρτηση της χωρητικότητας του πυκνωτή (διπολική τεχνική διεργασία) από την τάση.
Τα αντίστροφα πολωμένα χρησιμοποιούνται συχνότερα ως πυκνωτές, δηλαδή παθητικά στοιχεία κυκλωμάτων ημιαγωγών. р-n κόμβοι, είναι δυνατή η χρήση μπροστινών μεροληπτικών μεταβάσεων. Κρ

Σχεδιάστε ένα γράφημα της κατανάλωσης ενέργειας σε σχέση με τη συχνότητα για κυκλώματα CMOS.
Διασφάλιση λειτουργίας χαμηλής κατανάλωσης κυκλωμάτων CMOS Υπάρχουν πολλά τυπικές συστάσειςκατευθυντήριες γραμμές που πρέπει να ακολουθούνται για την επίτευξη χαμηλής αξίας λειτουργίας συσκευών CMOS.

Σχεδιάστε την κατακόρυφη δομή ενός διπολικού τρανζίστορ με μια δίοδο Schottky.
Τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα τρανζίστορ είναι αυτά που έχουν κατακόρυφη δομή, στην οποία όλοι οι ακροδέκτες από τις περιοχές του τρανζίστορ βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο στην επιφάνεια του υποστρώματος

Η αρχή της κατασκευής μιας γεννήτριας δακτυλίου.
Οι ταλαντωτές δακτυλίου χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μέτρηση της μέσης καθυστέρησης των LE στα LSI. Αυτά τα LE έχουν πολύ μικρές χωρητικότητες φορτίου σε σύγκριση με την χωρητικότητα εισόδου όργανο μέτρησης, σε

Αρχή λειτουργίας μιας λογικής πύλης με τρεις σταθερές καταστάσεις.
Στο LE CMOS, τα στοιχεία με τρεις σταθερές καταστάσεις υλοποιούνται πολύ απλά. Για να γίνει αυτό, δύο συμπληρωματικά τρανζίστορ VT1, VT4 συνδέονται σε σειρά με τα τρανζίστορ μετατροπέα (Εικόνα 20α), έλεγχος

Η επίδραση της θερμοκρασίας στις παραμέτρους ενός διπολικού τρανζίστορ.
Η επίδραση της θερμοκρασίας στη λειτουργία ενός διπολικού τρανζίστορ οφείλεται σε τρεις φυσικούς παράγοντες: μείωση των φραγμών δυναμικού στις διασταυρώσεις, αύξηση των θερμικών ρευμάτων των συνδέσεων και αύξηση του συντελεστή

Η δίοδος σήραγγας, που εφευρέθηκε από τον L. Esaki (Βραβείο Νόμπελ 1973), είναι μια δίοδος ημιαγωγών που βασίζεται σε r-pμετάβαση, η οποία έχει και τα δύο p-περιοχή (άνοδος Α), και n-η περιοχή (κάθοδος C) αποτελείται από έναν εκφυλισμένο (πολύ ντοπαρισμένο) ημιαγωγό (Εικ. 2.1a), επομένως το SCR r-pη μετάβαση έχει πολύ μικρό πλάτος ().

Ως αποτέλεσμα, ένα πιθανό εμπόδιο για r-pΗ μετάβαση αποδεικνύεται ότι είναι διαφανής σε σήραγγα όπως και για τα ηλεκτρόνια της ζώνης αγωγιμότητας p-περιοχή και για ηλεκτρόνια της ζώνης σθένους p-περιοχές.

Στο φαινόμενο της διάνοιξης σήραγγας, οι κύριοι φορείς παίζουν σημαντικό ρόλο. Ο χρόνος διάνοιξης σήραγγας των αερομεταφορέων μέσω ενός πιθανού φραγμού δεν περιγράφεται στη συνήθη γλώσσα της ώρας πτήσης (

, Πού

− πλάτος φραγμού, − ταχύτητα φορέα). περιγράφεται χρησιμοποιώντας την πιθανότητα μιας κβαντικής μηχανικής μετάβασης ανά μονάδα χρόνου και είναι πολύ μικρή. Επομένως, οι δίοδοι σήραγγας μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην περιοχή κυμάτων χιλιοστών (> 30 – 300 GHz).

Όταν εφαρμόζεται τάση στη διασταύρωση, τα ηλεκτρόνια μπορούν να διέλθουν από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας και αντίστροφα. Για να ρέει το ρεύμα της σήραγγας, πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις: 1) οι ενεργειακές καταστάσεις στην πλευρά της μετάβασης από την οποία πρέπει να πληρωθεί η σήραγγα ηλεκτρονίων. 2) στην άλλη πλευρά της μετάβασης, οι ενεργειακές καταστάσεις με την ίδια ενέργεια πρέπει να είναι ελεύθερες. 3) το ύψος και το πλάτος του φραγμού δυναμικού πρέπει να είναι αρκετά μικρά ώστε να υπάρχει αξιοσημείωτη πιθανότητα διάνοιξης σήραγγας. 4) πρέπει να πληρούται ο νόμος διατήρησης της οιονεί ορμής.

Η δίοδος της σήραγγας είναι ένα νέγατρον Ν-τύπος; Το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του φαίνεται στο Σχ. 2.1β.

Η λειτουργία μιας διόδου σήραγγας απεικονίζεται από τα ενεργειακά διαγράμματα στο Σχ. 2.2. Σε αντίθεση με τη μεθοδολογία που υιοθετείται κατά την ανάλυση των παραδοσιακών συσκευών ημιαγωγών, εδώ δεν θα χρησιμοποιήσουμε τις έννοιες των οιονεί σωματιδίων - ηλεκτρόνια αγωγιμότητας και οπές στη ζώνη σθένους, περιοριζόμαστε να εξετάσουμε τη συμπεριφορά των πραγματικών ηλεκτρονίων τόσο στη ζώνη αγωγιμότητας όσο και στη ζώνη σθένους.

Σύμφωνα με τις απαιτήσεις 1) και 2), μόνο εκείνα τα ηλεκτρόνια των οποίων οι ενέργειες αντιστοιχούν στις επιτρεπόμενες ενεργειακές ζώνες στην αντίθετη πλευρά του φραγμού μπορούν να περάσουν μέσα από το φράγμα. Αυτά τα ηλεκτρόνια σημειώνονται με βέλη στο Σχ. 2.2.

Το διάγραμμα 1 αντιστοιχεί στην κατάσταση ισορροπίας V = V 1 = 0. Οι ροές ηλεκτρονίων αριστερά και δεξιά είναι ίδιες και το ρεύμα μέσω της διόδου είναι μηδέν: εγώ 1 = 0 (σημείο 1 στο Σχ. 2.1β).

Το διάγραμμα 2 αντιστοιχεί σε μια μικρή θετική τάση V = V 2 που δεν υπερβαίνει την τάση αιχμής V rστο Σχ. 2.1β. Όπως φαίνεται από το διάγραμμα, η ροή των ηλεκτρονίων από αριστερά προς τα δεξιά έχει μειωθεί σημαντικά. Η ροή της σήραγγας των ηλεκτρονίων από τα δεξιά προς τα αριστερά μειώθηκε ελαφρά, καθώς η πλειονότητα των ηλεκτρονίων βρίσκεται στη ζώνη αγωγιμότητας p-οι περιοχές έχουν χαμηλότερες ενέργειες

. Ως αποτέλεσμα, το συνολικό ρεύμα της σήραγγας αυξάνεται με την αύξηση της τάσης (σημείο 2 στο Σχ. 2.1β).

Υπό ένταση V = V 3 > V σελ(διάγραμμα 3) η ροή των ηλεκτρονίων από αριστερά προς τα δεξιά είναι πρακτικά μπλοκαρισμένη. Από δεξιά προς τα αριστερά, σήραγγα ηλεκτρονίων, η ενέργεια των οποίων βρίσκεται στην περιοχή

. Ο αριθμός αυτών των ηλεκτρονίων μειώνεται με την αύξηση της τάσης, επομένως το συνολικό ρεύμα της σήραγγας μειώνεται επίσης με την αύξηση της τάσης, η οποία αντιστοιχεί σε αρνητική διαφορική αντίσταση (σημείο 3 στο Σχ. 2.1β).

Το διάγραμμα 4 αντιστοιχεί σε μια αρκετά μεγάλη τάση προς τα εμπρός V = V 4 > V σελ, όταν οι ροές ηλεκτρονίων σήραγγας μπλοκάρονται (σημείο 4 στο Σχ. 2.1β). Η ροή των ηλεκτρονίων από τα δεξιά προς τα αριστερά οφείλεται τώρα μόνο στα ενεργητικά ηλεκτρόνια μέσα p-περιοχές με ενέργειες

. Ο μηχανισμός αυτού του ρεύματος αντιστοιχεί στον μηχανισμό έγχυσης ενεργειακών ηλεκτρονίων μέσω του φραγμού σε μια συμβατική δίοδο ημιαγωγών. Σε αυτή τη ροή προστίθεται η ροή των ηλεκτρονίων από δεξιά προς τα αριστερά από τη ζώνη σθένους p-περιοχές σε μη συμπληρωμένες επιτρεπόμενες καταστάσεις της ζώνης σθένους p-περιοχή (δεν φαίνεται στο Διάγραμμα 4). Ο μηχανισμός αυτού του ρεύματος αντιστοιχεί στον μηχανισμό έγχυσης ενεργειακών οπών μέσω ενός φράγματος από p-περιοχή μέσα p-περιοχή σε μια συμβατική δίοδο ημιαγωγών. Αυτά τα ρεύματα σχηματίζουν τον κλάδο διάχυσης του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης. Το ρεύμα διάχυσης αυξάνεται εκθετικά με την αύξηση της μπροστινής τάσης.

Έτσι, ο άμεσος κλάδος του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης μιας διόδου σήραγγας σχηματίζεται από τους κλάδους σήραγγας και διάχυσης που φαίνονται στο Σχ. 2.1b με διακεκομμένες γραμμές. Ο κλάδος της σήραγγας σχηματίζει το τμήμα ODS, ο κλάδος διάχυσης του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης είναι μονοτονικός.

Το διάγραμμα 5 αντιστοιχεί σε αντίστροφη τάση V < 0. Όπως φαίνεται από το διάγραμμα, η ροή των ηλεκτρονίων από δεξιά προς τα αριστερά είναι πρακτικά ανεξάρτητη από την τάση και η ροή των ηλεκτρονίων από αριστερά προς τα δεξιά αυξάνεται απότομα με την αύξηση αντίστροφη τάση(σημείο 5 στο Σχ. 2.1β). Ο αντίστροφος κλάδος του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης αντιστοιχεί σε βλάβη σήραγγας με μηδενική τάση διάσπασης.

Η διαδικασία διάνοιξης σήραγγας μπορεί να είναι άμεση ή έμμεση. Στην άμεση διάνοιξη σήραγγας (Εικ. 2.3α), τα ηλεκτρόνια μπορούν να διέλθουν από τη γειτνίαση του ελάχιστου της ζώνης αγωγιμότητας στην περιοχή του μέγιστου της ζώνης σθένους χωρίς να αλλάξουν την οιονεί ορμή. Αυτό ισχύει για ημιαγωγούς άμεσου διακένου (για παράδειγμα, GaAs, GaSb), για τους οποίους συμπίπτουν οι θέσεις του πυθμένα της ζώνης αγωγιμότητας και της κορυφής της ζώνης σθένους στο χώρο οιονεί ορμής.

Έμμεση σήραγγα (Εικ. 2.3γ) συμβαίνει όταν οι θέσεις του πυθμένα της ζώνης αγωγιμότητας και της κορυφής της ζώνης σθένους στον σχεδόν χώρο ορμής δεν συμπίπτουν. Για να ικανοποιηθεί ο νόμος της διατήρησης της οιονεί ορμής στη διαδικασία διάνοιξης σήραγγας, σε αυτή την περίπτωση πρέπει να συμμετέχει ένα ακόμη σωματίδιο (φωνώνα ή κέντρο ακαθαρσίας). Οι νόμοι διατήρησης της ενέργειας και της οιονεί ορμής κατά τη διάνοιξη σήραγγας με τη συμμετοχή φωνονίων διατυπώνονται ως εξής: το άθροισμα της ενέργειας του φωνονίου και της αρχικής ενέργειας της σήραγγας ηλεκτρονίων από n- V r-περιοχή, ίση με την τελική ενέργεια του ηλεκτρονίου που έχει εισέλθει σε σήραγγα r-περιοχή; το άθροισμα της αρχικής οιονεί ορμής του ηλεκτρονίου και της οιονεί ορμής του φωνονίου είναι ίσο με την τελική οιονεί ορμή του ηλεκτρονίου με σήραγγα. Γενικά, η πιθανότητα έμμεσης σήραγγας είναι πολύ μικρότερη από την πιθανότητα άμεσης διάνοιξης σήραγγας.

ΔΙΩΔΟΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ(Δίοδος Esaki) - μια δίοδος ημιαγωγών που περιέχει p-n- μετάβαση με πολύ μικρό πάχος του στρώματος φραγμού. Η δράση των ηλεκτρονίων βασίζεται στη διέλευση ελεύθερων φορέων (ηλεκτρονίων) μέσα από ένα στενό δυναμικό. εμπόδιο χάρη στην κβαντική μηχανική. διαδικασία διάνοιξης σήραγγας (βλΕφέ σήραγγας p-nΔεδομένου ότι η πιθανότητα διαρροής ηλεκτρονίων μέσω σήραγγας μέσω του φραγμού. προσδιορίζεται λιγότερο από το πλάτος της περιοχής των χώρων. χρεώστε μέσα -μετάβαση κλπ κατασκευάζονται με βάσηεκφυλισμένοι ημιαγωγοί p-n(με συγκεντρώσεις προσμίξεων έως 10 25 - 10 27 m -3). Αυτό παράγει μια απότομη - μετάβαση με πάχος στρώσης φραγμού 5-15 nm. Τα Ge και GaAs χρησιμοποιούνται συνήθως στην κατασκευή υλικών. λιγότερο συχνά χρησιμοποιούνται τα Si, InSb, In As, PbTe, GaSb, SiC κ.λπ.υλικά ημιαγωγών . Για τις διόδους γερμανίου, το P ή το As χρησιμοποιούνται συνήθως ως ακαθαρσίες δότη και το Ga και το Al ως ακαθαρσίες δέκτη. για αρσενίδια γαλλίου - Sn, Pb, S, Se, Te (δότες), Zn, Cd (δέκτες). Στενός p - n

- η μετάβαση επιτυγχάνεται συχνότερα με σύντηξη. Το πρώτο T.D δημιουργήθηκε με βάση το Ge από τον L. Ezaki το -1957. Εφεύρεση κλπ. επιβεβαίωσε πειραματικά την ύπαρξη διεργασιών διάνοιξης σήραγγας σεστερεά Ν-μορφή του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης κ.λπ. (Εικ. 1). Στο Σχ. 2 δείχνει απλοποιημένη ενέργεια. διαγράμματα p-n-μετάβαση Κλπ. όταν αποκ. τάσεις πόλωσης U. Ελλείψει εξωτερικού μετατοπίσεις (Εικ. 2, ΕΝΑ) Τα επίπεδα Fermi στο εκφυλισμένο (και στις δύο πλευρές της μετάβασης) βρίσκονται στο ίδιο ύψος στη ζώνη σθένους και στη ζώνη αγωγιμότητας, αντίστοιχα (δηλαδή, το επίπεδο Fermi είναι σταθερό σε όλο τον ημιαγωγό). Ας υποθέσουμε ότι όλες οι επιτρεπόμενες ενέργειες. Τα επίπεδα που βρίσκονται κάτω από το επίπεδο Fermi είναι κατειλημμένα και αυτά που βρίσκονται πάνω από αυτό είναι ελεύθερα. Στη συνέχεια στο U= εγώ 0 μετάβαση σήραγγας δεν είναι δυνατή και τρέχουσα σελισούται με μηδέν (σημείο Α στο Σχ. 1). Εάν εφαρμοστεί μια μικρή ευθεία γραμμή στο Etc., τότε το ύψος του δυναμικού μειώνεται. εμπόδιο ή μετατόπιση ενεργειακά. επίπεδα -περιοχές σε σχέση με την ενέργεια. επίπεδα n -περιοχή (Εικ. 2,σι) -περιοχές σε σχέση με την ενέργεια. επίπεδα. Στην περίπτωση αυτή, ηλεκτρόνια αγωγιμότητας από σελ-περιοχές σήραγγας μέσω του δυναμικού. εμπόδιο (χωρίς να αλλάζει η ενέργειά του) στις επιτρεπόμενες ελεύθερες ενέργειες. εγώεπίπεδα ζώνης σθένους U-περιοχές - εμφανίζεται ρεύμα σήραγγας σε κ.λπ. εγώ t, η διεύθυνση του οποίου είναι αντίθετη από την κατεύθυνση της κίνησης των ηλεκτρονίων (σημείο Β στην καμπύλη 2, Εικ. 1). Με αύξηση εγώρεύμα 2 πρώτα ανεβαίνει στην τιμή σελ max (σημείο Β στην καμπύλη U, ρύζι. 1), και στη συνέχεια (καθώς ο βαθμός επικάλυψης μεταξύ της ζώνης αγωγιμότητας και της ζώνης σθένους μειώνεται -περιοχές) μειώνεται. Ξεκινώντας από κάποια αξία min, αυτές οι ζώνες δεν επικαλύπτονται (Εικ. 2, . Για τις διόδους γερμανίου, το P ή το As χρησιμοποιούνται συνήθως ως ακαθαρσίες δότη και το Ga και το Al ως ακαθαρσίες δέκτη. για αρσενίδια γαλλίου - Sn, Pb, S, Se, Te (δότες), Zn, Cd (δέκτες). Στενός V εγώ) και το ρεύμα της σήραγγας σταματά (σημείο G στην καμπύλη 2, Εικ. 1). διά μέσου - μόνο μεταβατικές ροές. ρεύμαδ. Πότε σελ U>U

min Etc. είναι παρόμοια με μια συμβατική δίοδο ημιαγωγών που συνδέεται προς την εμπρός κατεύθυνση. Όταν εφαρμόζονται τάσεις προς την αντίθετη κατεύθυνση (Εικ. 2, δ) στο TC, υπάρχει ρεύμα λόγω της διέλευσης ηλεκτρονίων από τη ζώνη σθένους 1 -περιοχές δωρεάν επιτρεπόμενης ενέργειας. Επίπεδα ζώνης και περιοχής αγωγιμότητας. αυτό το ρεύμα αυξάνεται γρήγορα με την αύξηση της αντίστροφης τάσης. Ρύζι. 1. BAC διόδων σήραγγας με βάση το Ge ()Και GaAs ( εγώ/εγώ 2): U εγώ- τάση πόλωσης στη σήραγγα εγώδίοδος? U max είναι η αναλογία του ρεύματος μέσω της διόδου προς το ρεύμα στο μέγιστο BAX. Uελάχ. ρεύμα στο ελάχιστο VAX (σχετικό με εγώ max είναι η αναλογία του ρεύματος μέσω της διόδου προς το ρεύμα στο μέγιστο BAX. εγώ Max); εγώμέγιστο και εγώελάχιστη - τάση πόλωσης που αντιστοιχεί σε ρεύματα.

min; p-n t - ρεύμα σήραγγας. d - ρεύμα διάχυσης (θερμικό).Ρύζι. 2. Ενεργειακά διαγράμματα U-μετάβαση Uδίοδος σήραγγας σε διαφορετικές τάσεις U scheniya ( 1 και 2 - άμεσες μετατοπίσεις, - 3 - αντίστροφη μετατόπιση) -ανώτερο όριο της ζώνης σθένους.-κάτω όριο της ζώνης αγωγιμότητας. Επίπεδα Fermi οπών και ηλεκτρονίων. - πλάτος της απαγορευμένης ζώνης. W εγώ-πλάτος εγώ p-n - ρεύματα σήραγγας και διάχυσης. μι- φορτίο ηλεκτρονίων.

Σε μια μεγάλη οικογένεια συσκευών ημιαγωγών, υπάρχει μια ομάδα συσκευών στις οποίες, σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης, μια αύξηση της τάσης (ΔU > 0) συνοδεύεται όχι από αύξηση, αλλά από μείωση του ρεύματος (ΔΙ

Η πιο συνηθισμένη και ίσως η πιο ενδιαφέρουσα από όλες τις συσκευές αρνητικής αντίστασης είναι οι δίοδοι σήραγγας. Η ιδέα της χρήσης ενός εφέ τούνελ για τη δημιουργία δίοδος ημιαγωγώνεκφράστηκε από τους Σοβιετικούς επιστήμονες Ya I. Frenkel και A. F. Ioffe το 1932, αλλά μόλις το 1958 ο Ιάπωνας μηχανικός L. Esaki δημιούργησε μια δίοδο σήραγγας.

Κατασκευή διόδων σήραγγας. Όπως οι συμβατικές διόδους ανορθωτή, μια δίοδος σήραγγας μπορεί να κατασκευαστεί με τη σύντηξη ενός κομματιού μετάλλου σε μια γκοφρέτα ημιαγωγών, όπως το ίνδιο σε γερμάνιο τύπου n. Με άλλα λόγια, για να δημιουργηθεί μια δίοδος σήραγγας είναι απαραίτητο να ληφθεί μια διασταύρωση pn. Ωστόσο, σε αντίθεση με την κατασκευή συμβατικών διόδων, για να ληφθεί μια δίοδος σήραγγας, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ως υπόστρωμα ένας ημιαγωγός με πολύ υψηλό βαθμό ντόπινγκ, δηλαδή με πολύ υψηλή συγκέντρωση ακαθαρσιών. Εάν στις συμβατικές διόδους η συγκέντρωση των ακαθαρσιών σε έναν ημιαγωγό, κατά κανόνα, δεν υπερβαίνει τα 10 17 cm -3, τότε η συγκέντρωση των ακαθαρσιών ντόπινγκ σε ημιαγωγούς που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία διόδων σήραγγας κατά σειρά μεγέθους είναι ίση με 10 19 -10 20 cm -3.

Χαρακτηριστικά της σύνδεσης p-n μεταξύ εκφυλισμένων ημιαγωγών. Οι ημιαγωγοί με τέτοια συγκέντρωση ακαθαρσιών, όπως είδαμε ήδη νωρίτερα, είναι εκφυλισμένοι: τα επίπεδα Fermi τους βρίσκονται στην περιοχή των επιτρεπόμενων ζωνών (σε έναν εκφυλισμένο ημιαγωγό τύπου n το επίπεδο Fermi βρίσκεται στην περιοχή της ζώνης αγωγιμότητας και σε ένα εκφυλισμένο ημιαγωγός τύπου p - στις ζώνες της ζώνης σθένους). Αυτή η διάταξη των επιπέδων Fermi οδηγεί στην εμφάνιση μιας μεγάλης διαφοράς δυναμικού επαφής στην επαφή μεταξύ εκφυλισμένων ημιαγωγών, σχεδόν διπλάσια από την τιμή της διαφοράς δυναμικού επαφής στις συμβατικές διόδους. Δεδομένου ότι τα επίπεδα Fermi στις διόδους σήραγγας βρίσκονται έξω από το διάκενο ζώνης, το πιθανό εμπόδιο τους στο μεταβατικό όριο είναι πάντα μεγαλύτερο από το διάκενο ζώνης. Το Σχήμα 77, a δείχνει το ζωνόγραμμα δύο εκφυλισμένων ημιαγωγών υψηλής πρόσμιξης (τύπου n και τύπου p) πριν από την επαφή, και Εικόνα 77, b - διάγραμμα ζώνης της ένωσης p-n που σχηματίστηκε μετά την επαφή των ημιαγωγών. Από το Σχήμα 77β είναι σαφές ότι όταν επιτευχθεί ισορροπία μεταξύ των εκφυλισμένων περιοχών n και p, οι ζώνες επικαλύπτονται κατά μήκος της εξωτερικής κλίμακας ενέργειας: το κάτω μέρος της ζώνης αγωγιμότητας του n-ημιαγωγού βρίσκεται κάτω από την κορυφή της ζώνης σθένους του ημιαγωγού τύπου p. Έτσι, τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται, για παράδειγμα, κοντά στο επίπεδο Fermi στις περιοχές n και p έχουν την ίδια ενέργεια και η μετάβασή τους από τη μια περιοχή στην άλλη εμποδίζεται μόνο από μια ζώνη απαγορευμένων ενεργειών, η οποία είναι ένα είδος δυνητικού φραγμού για τους.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της σύνδεσης p-n μεταξύ εκφυλισμένων ημιαγωγών είναι επίσης το εξαιρετικά μικρό πάχος d - περίπου 10 -6 cm. σχηματισμός μεγάλου αριθμού μη αντισταθμισμένων φορτισμένων κέντρων ακαθαρσιών δότη και δέκτη επαρκών για την ανάδυση ενός φραγμού δυναμικού ισορροπίας.

Μεταπτώσεις σήραγγας ηλεκτρονίων σε κατάσταση ισορροπίας. Το εξαιρετικά μικρό πάχος της διασταύρωσης p-n, σε συνδυασμό με την επικάλυψη ζώνης, λόγω της οποίας υπάρχουν περιοχές με τις ίδιες επιτρεπόμενες ενέργειες και στις δύο πλευρές της διασταύρωσης, δημιουργούν ευνοϊκές συνθήκες για μεταβάσεις σήραγγας: τα ηλεκτρόνια από τη ζώνη αγωγιμότητας της n-περιοχής κινούνται στη ζώνη σθένους της περιοχής p και ηλεκτρόνια από την περιοχή σθένους Η ζώνη σθένους της περιοχής p περνά στη ζώνη αγωγιμότητας της περιοχής n (βλ. Εικ. 77, β). Φυσικά, για να περάσει ένα ηλεκτρόνιο μέσα από ένα φράγμα από τη μια περιοχή του ημιαγωγού σε μια άλλη, είναι απαραίτητο να υπάρχουν ελεύθερες καταστάσεις στην άλλη πλευρά του φραγμού στο οποίο περνά το ηλεκτρόνιο. Αλλά το επίπεδο Fermi χαρακτηρίζεται ακριβώς από το γεγονός ότι η πιθανότητα πλήρωσής του είναι μόνο 72. Επομένως, για ηλεκτρόνια με ενέργεια όχι πολύ διαφορετική από την ενέργεια Fermi, θα υπάρχει πάντα μια θέση πίσω από το φράγμα δυναμικού της διασταύρωσης p-n.

Σε κατάσταση ισορροπίας απουσία τάσης πόλωσης, ο αριθμός των μεταπτώσεων σήραγγας των ηλεκτρονίων από αριστερά προς τα δεξιά είναι ίσος με τον αριθμό των μεταπτώσεων μετρητή από δεξιά προς τα αριστερά και το συνολικό ρεύμα της σήραγγας είναι μηδέν. Εκτός από τις διασταυρώσεις σήραγγας, στην υπό εξέταση δίοδο, φυσικά, υπάρχουν και σύνδεσμοι υπερ-φραγμού των πλειοψηφικών και μειοψηφικών φορέων, που δημιουργούν ρεύμα διάχυσης και ρεύμα αγωγιμότητας. Αλλά, πρώτον, υπό συνθήκες ισορροπίας, αυτά τα ρεύματα αποδεικνύονται πανομοιότυπα και κατευθύνονται το ένα προς το άλλο, έτσι ώστε συνολικά να μην παράγουν ρεύμα. Και δεύτερον, σε σύγκριση με τον αριθμό των μεταβάσεων της σήραγγας, ο αριθμός των μεταβάσεων πάνω από το φράγμα αποδεικνύεται αμελητέος. Έτσι, ελλείψει εξωτερικής πόλωσης, το ρεύμα μέσω της διόδου είναι μηδέν, το οποίο αντιστοιχεί στην αρχή των συντεταγμένων στη χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος-τάσης της συσκευής (σημείο 1 στο Σχήμα 78).

Συμπεριφορά διόδου σήραγγας κατά την εφαρμογή μπροστινής τάσης πόλωσης. Εάν εφαρμοστεί μια μικρή θετική προκατάληψη στη δίοδο, τότε θα συμβεί κάποια μετατόπιση των ζωνών ενέργειας, με αποτέλεσμα το φράγμα δυναμικού στο μεταβατικό όριο να μειωθεί ελαφρά και το μη γεμάτο τμήμα της ζώνης σθένους του ημιαγωγού τύπου p θα βρίσκεται απέναντι από την γεμάτη περιοχή της ζώνης αγωγιμότητας του n-ημιαγωγού (Εικ. 79, α) . Σε αυτή την περίπτωση, η ισορροπία μεταξύ των μεταπτώσεων της σήραγγας των ηλεκτρονίων από τα αριστερά προς τα δεξιά και από τα δεξιά προς τα αριστερά θα διαταραχθεί. Πράγματι, στην περιοχή επικάλυψης των γεμισμένων τμημάτων των ζωνών, οι υποδεικνυόμενες μεταβάσεις αντισταθμίζουν η μία την άλλη (διακεκομμένα βέλη στο σχήμα), αλλά μεταβάσεις από την άνω περιοχή του γεμάτου τμήματος της ζώνης αγωγιμότητας του n-ημιαγωγού (παχύ βέλος) δεν συναντά πλέον αντίστροφη αντισταθμιστική ροή, καθώς η περιοχή της ζώνης σθένους που βρίσκεται απέναντι από τον p-ημιαγωγό είναι πρακτικά άδεια. Η προκύπτουσα άνευ αντιστάθμισης ροή ηλεκτρονίων από τον ημιαγωγό τύπου n στον ημιαγωγό τύπου p οδηγεί στην εμφάνιση ενός μπροστινού ρεύματος μέσω της διόδου (σημείο 2 στην καμπύλη στο Σχήμα 78).

Η αύξηση της θετικής προκατάληψης οδηγεί σε μια αυξανόμενη επικάλυψη της γεμάτης περιοχής της ζώνης αγωγιμότητας του ημιαγωγού τύπου n με την κενή περιοχή της ζώνης σθένους του ημιαγωγού τύπου p, λόγω της οποίας το ρεύμα σήραγγας μέσω της διόδου αυξάνεται επίσης . Φτάνει στη μέγιστη τιμή του (σημείο 3 στο Σχήμα 78) όταν το επίπεδο Fermi του n-ημιαγωγού βρίσκεται απέναντι από την κορυφή της ζώνης σθένους της περιοχής p (Εικόνα 79, β).

Μια περαιτέρω αύξηση της μπροστινής τάσης συνοδεύεται από μείωση της επικάλυψης του γεμάτου τμήματος της ζώνης αγωγιμότητας του ημιαγωγού τύπου n και του κενού τμήματος της ζώνης σθένους του ημιαγωγού p, και επομένως επιδείνωση των συνθηκών για μεταβάσεις ηλεκτρονίων από την περιοχή n στην περιοχή p (Εικ. 79, γ). Τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο πάνω μέρος της γεμάτης περιοχής της ζώνης αγωγιμότητας του n-ημιαγωγού αντιτίθενται τώρα από τη ζώνη των απαγορευμένων ενεργειών του p-ημιαγωγού, γεγονός που καθιστά αδύνατη τη μετάβασή τους στην περιοχή p. Έτσι, ερχόμαστε σε ένα παράδοξο, με την πρώτη ματιά, φαινόμενο: μια αύξηση της διαφοράς δυναμικού που εφαρμόζεται στη συσκευή προς τα εμπρός συνοδεύεται όχι από αύξηση, αλλά από μείωση του ρεύματος που τη διαρρέει (σημείο 4 στο σχήμα 78). Ένα τμήμα πτώσης εμφανίζεται στο χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της διόδου, το οποίο αντιστοιχεί σε αρνητική αντίσταση.

Η μείωση του ρεύματος σήραγγας καθώς αυξάνεται η εφαρμοζόμενη προς τα εμπρός τάση θα συνεχιστεί μέχρι τη στιγμή που το κάτω μέρος της ζώνης αγωγιμότητας του ημιαγωγού τύπου n βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο με το πάνω μέρος της ζώνης σθένους του ημιαγωγού p (Εικ. 79, δ). Οι μεταβάσεις της σήραγγας σε μια τέτοια κατάσταση καθίστανται θεμελιωδώς αδύνατες και το ρεύμα της σήραγγας πέφτει στο μηδέν (σημείο 5 στο Σχήμα 78).

Ωστόσο, όπως φαίνεται από την πορεία του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης (βλ. Εικ. 78), το ρεύμα μέσω της διόδου όχι μόνο δεν εξαφανίζεται, αλλά αρχίζει ακόμη και να αυξάνεται καθώς αυξάνεται η προς τα εμπρός τάση. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι μια μεγάλη προς τα εμπρός τάση πόλωσης οδηγεί σε αισθητή μείωση του φραγμού δυναμικού στο μεταβατικό όριο. Εξαιτίας αυτού, η πιθανότητα μετάβασης πάνω από φραγμό των φορέων κατά μήκος της διεπαφής αυξάνεται, δηλαδή καθίσταται δυνατή η έγχυση ηλεκτρονίων από τον ημιαγωγό n και οπών από την περιοχή p (βλ. Εικ. 79, d ). Το προκύπτον ρεύμα διάχυσης, όπως και με τις συμβατικές διόδους, αυξάνεται καθώς αυξάνεται η μπροστινή τάση, γεγονός που μειώνει περαιτέρω το φράγμα δυναμικού στο όριο της διασταύρωσης pn (το ανοδικό τμήμα του χαρακτηριστικού με το σημείο 6).

Συμπεριφορά διόδου σήραγγας κατά την εφαρμογή αντίστροφης τάσης πόλωσης. Όταν είναι ενεργοποιημένη η αντίστροφη πόλωση, κυριαρχούν οι μεταβάσεις σήραγγας των ηλεκτρονίων από την περιοχή σθένους του ημιαγωγού p στη ζώνη αγωγιμότητας του ημιαγωγού τύπου n (στο Σχήμα 80 - από δεξιά προς τα αριστερά). Αυτές οι μεταβάσεις αποδεικνύονται απεριόριστες και ο αριθμός τους αυξάνεται καθώς αυξάνεται η αντίστροφη τάση. Αυτό εξηγεί την ταχεία αύξηση του αντίστροφου ρεύματος μέσω της διόδου (βλ. Εικόνα 78 για την ενότητα του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης με το σημείο 7).

Δημιουργία συνεχών ταλαντώσεων με χρήση διόδου σήραγγας. Ας επεξηγήσουμε τη χρήση των διόδων σήραγγας χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της δημιουργίας συνεχών ταλαντώσεων. Χρησιμοποιώντας την αρνητική αντίσταση μιας διόδου σήραγγας, μπορείτε να αντισταθμίσετε τη θετική ενεργή αντίσταση οποιουδήποτε συγκεκριμένου τμήματος ηλεκτρικό κύκλωμακαι παρέχουν ενίσχυση σήματος ή παραγωγή ταλάντωσης. Έτσι, εάν το σημείο λειτουργίας μιας διόδου σήραγγας συνδέεται με το κύκλωμα DCσε σειρά με ταλαντευτικό κύκλωμα(Εικ. 81) βρίσκεται στο τμήμα πτώσης του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης, τότε οι απώλειες ενέργειας στο κύκλωμα ταλάντωσης αναπληρώνονται και προκύπτουν ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση.

Όταν ο διακόπτης Κ είναι κλειστός στο κύκλωμα ταλάντωσης, προκύπτουν ελεύθερες ταλαντώσεις με χαμηλό πλάτος, οι οποίες σύντομα θα σβήνουν απουσία διόδου σήραγγας. Ας ρυθμίσουμε την τάση τροφοδοσίας U του κυκλώματος έτσι ώστε το σημείο λειτουργίας της διόδου να βρίσκεται στο μέσο του τμήματος αρνητικής αντίστασης του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης. Κατά τη διαδικασία των ηλεκτρικών ταλαντώσεων στο κύκλωμα που συμβαίνουν μετά το κλείσιμο του κυκλώματος, η πολικότητα των σημείων Α και Β θα αλλάζει κάθε μισό κύκλο. Κατά τη διάρκεια ενός από τους μισούς κύκλους, η πολικότητα αυτών των σημείων θα είναι όπως φαίνεται στο σχήμα. Σε αυτήν την περίπτωση, η διαθέσιμη τάση στο κύκλωμα αφαιρείται από την τάση τροφοδοσίας και η συνολική τάση πόλωσης προς τα εμπρός κατά μήκος της διόδου μειώνεται. Εφόσον η δίοδος στον τρόπο λειτουργίας που επιλέξαμε λειτουργεί στο τμήμα αρνητικής αντίστασης, μια μείωση της τάσης προς τα εμπρός πόλωσης θα προκαλέσει αύξηση του ρεύματος μέσω της διόδου και επομένως σε ολόκληρο το κύκλωμα. Όταν η πολικότητα των ακροδεκτών του κυκλώματος (κατά τη διάρκεια του δεύτερου μισού κύκλου) γίνει αντίθετη, η τάση πόλωσης προς τα εμπρός θα αυξηθεί και το ρεύμα στο κύκλωμα θα μειωθεί. Έτσι, το ρεύμα στο κύκλωμα θα πάλλεται. Είναι εύκολο να γίνει κατανοητό ότι η εναλλασσόμενη συνιστώσα αυτού του ρεύματος βρίσκεται σε φάση με τις διακυμάνσεις της τάσης στο κύκλωμα. Αυτό σημαίνει ότι η εξουσία ηλεκτρικό ρεύμαστο τμήμα του κυκλώματος που σχηματίζεται από το ταλαντευόμενο κύκλωμα είναι θετικό (cos φ = 1) και υπάρχει συνεχής αναπλήρωση ενέργειας στο κύκλωμα. Λόγω αυτού, το πλάτος των ταλαντώσεων στο κύκλωμα αυξάνεται. Ταυτόχρονα, αυξάνονται και οι απώλειες ενέργειας. Όταν υπάρχει ισορροπία μεταξύ των απωλειών ενέργειας και της αναπλήρωσής της, δημιουργούνται στο κύκλωμα ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση.

Όπως φαίνεται από το διάγραμμα, μια γεννήτρια συνεχών ηλεκτρικών ταλαντώσεων που βασίζεται σε μια δίοδο σήραγγας είναι πολύ πιο απλή στο σχεδιασμό από μια γεννήτρια σωλήνα.

ΣΕ πρόσφαταβρέθηκαν δίοδοι σήραγγας ευρεία εφαρμογήσε ηλεκτρονικές υπολογιστικές συσκευές και άλλα ραδιοηλεκτρονικά συστήματα που απαιτούν υψηλή απόδοση. Αυτή η χρήση των διόδων σήραγγας εξηγείται από την εξαιρετικά χαμηλή αδράνειά τους (η μετάβαση σήραγγας των ηλεκτρονίων μέσω ενός φραγμού δυναμικού συμβαίνει σε μόλις 10 -12 -10 -14 s). Η χαμηλή αδράνεια των διόδων σήραγγας τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία και την ενίσχυση ταλαντώσεων εξαιρετικά υψηλής συχνότητας (έως εκατοντάδες gigahertz).

Οι δίοδοι σήραγγας χρησιμοποιούνται επίσης ως διακόπτες υψηλής ταχύτητας (ο χρόνος μεταγωγής μπορεί να αυξηθεί στα 10 -9 s). Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, μια δίοδος σήραγγας λειτουργεί ως βαλβίδα, η οποία ανοίγει όταν μειώνεται η τάση πόλωσης προς τα εμπρός και κλείνει όταν αυξάνεται αυτή η πόλωση.

Αντίστροφες δίοδοι. Ένας ενδιαφέρον τύπος διόδων σήραγγας είναι οι λεγόμενες αντίστροφες δίοδοι. Για τη δημιουργία τους, χρησιμοποιούνται ημιαγωγοί με ελαφρώς χαμηλότερο βαθμό ντόπινγκ από ό,τι στην περίπτωση των συμβατικών διόδων σήραγγας (η συγκέντρωση της ακαθαρσίας που εισάγεται στον ημιαγωγό σε αυτή την περίπτωση είναι περίπου 10 18 cm -3). Σε τέτοιους ημιαγωγούς, τα επίπεδα Fermi συμπίπτουν με τα όρια των επιτρεπόμενων ζωνών: σε έναν n-ημιαγωγό, το επίπεδο Fermi συμπίπτει με το κάτω μέρος της ζώνης αγωγιμότητας και σε έναν ημιαγωγό p, με την κορυφή της ζώνης σθένους. Αν αναλογιστούμε την επαφή τέτοιων ημιαγωγών, η οποία βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, αποδεικνύεται ότι δεν υπάρχει επικάλυψη ζωνών ενέργειας (Εικ. 82). Επομένως, δεν υπάρχουν μεταβάσεις σήραγγας κατά μήκος της διεπαφής μεταξύ των περιοχών απουσία εξωτερικής τάσης πόλωσης. Δεν εμφανίζονται ακόμη και με την παρουσία μπροστινής τάσης πόλωσης, αφού σε αυτή την περίπτωση, οι επιτρεπόμενες ενέργειες των ηλεκτρονίων σε μια περιοχή αντιτίθενται σε μια ζώνη απαγορευμένων ενεργειών σε μια άλλη περιοχή. Για το λόγο αυτό, το προς τα εμπρός ρεύμα στη δίοδο μπορεί να προκληθεί μόνο από υπερ-φραγματικές μεταβάσεις των φορέων. Και δεδομένου ότι το φράγμα δυναμικού στα όρια τέτοιων ημιαγωγών υψηλής πρόσμιξης είναι αρκετά μεγάλο (όπως φαίνεται από το σχήμα, είναι ίσο με το διάκενο ζώνης του ημιαγωγού), τότε η ισχύς του μπροστινού ρεύματος μέχρι πολύ μεγάλες τιμές ​​της τάσης προς τα εμπρός πόλωσης αποδεικνύεται αμελητέα (Εικ. 83). Είναι πρακτικά ίση με την τιμή του χαρακτηριστικού ρεύματος διάχυσης των διόδων σήραγγας γενικά (διακεκομμένη γραμμή στο Σχήμα 78).

Η εφαρμογή εξωτερικής τάσης στη δίοδο προς την αντίθετη κατεύθυνση οδηγεί στην εμφάνιση επικάλυψης επιτρεπόμενων ζωνών, η οποία αυξάνεται με την αύξηση αυτής της τάσης. Σε αυτήν την περίπτωση, καθίσταται δυνατή η διασταύρωση σήραγγας, ο αριθμός των οποίων αυξάνεται απεριόριστα με την αύξηση του U arr, όπως στις συμβατικές διόδους σήραγγας, λόγω των οποίων η ισχύς ρεύματος στην κατεύθυνση διακοπής αυξάνεται επίσης γρήγορα και γίνεται ασύγκριτα μεγαλύτερη από το ρεύμα δύναμη προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός. Συνεπώς, όσον αφορά την εξάρτηση της αγωγιμότητας από την τάση πόλωσης, οι ιδιότητες τέτοιων διόδων είναι αντίθετες με αυτές των συμβατικών διόδους ανόρθωσης, γι' αυτό οι δίοδοι αυτές ονομάζονται αντίστροφες δίοδοι. Δεν έχουν τμήμα αρνητικής αντίστασης και επομένως δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία και την ενίσχυση ταλαντώσεων, αλλά χρησιμοποιούνται ως ανιχνευτές στην περιοχή πολύ υψηλών συχνοτήτων.

Καθώς η τάση προς τα εμπρός αυξάνεται, το μεταδιδόμενο ρεύμα αυξάνεται μονοτονικά. Σε μια δίοδο σήραγγας, η κβαντομηχανική σήραγγα ηλεκτρονίων προσθέτει μια απόκλιση στο χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης, ενώ λόγω του υψηλού βαθμού ντόπινγκ των περιοχών p- και n, η τάση διάσπασης μειώνεται σχεδόν στο μηδέν. Το φαινόμενο σήραγγας επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να ξεπεράσουν το ενεργειακό φράγμα στη ζώνη μετάβασης με πλάτος 50-150 Α σε τέτοιες τάσεις όταν η ζώνη αγωγιμότητας στην περιοχή n έχει ίσα ενεργειακά επίπεδα με τη ζώνη σθένους στην περιοχή p. Με μια περαιτέρω αύξηση της μπροστινής τάσης, το επίπεδο Fermi της n-περιοχής αυξάνεται σε σχέση με την p-περιοχή, πέφτοντας στην απαγορευμένη ζώνη της p-περιοχής, και δεδομένου ότι η σήραγγα δεν μπορεί να αλλάξει τη συνολική ενέργεια του ηλεκτρονίου, η πιθανότητα μιας μετάβασης ηλεκτρονίων από την περιοχή n στην περιοχή p πέφτει απότομα. Αυτό δημιουργεί ένα τμήμα στο μπροστινό τμήμα του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης όπου μια αύξηση της μπροστινής τάσης συνοδεύεται από μείωση του ρεύματος. Αυτή η περιοχή των αρνητικών διαφορικόςαντίσταση και χρησιμοποιείται για την ενίσχυση αδύναμων σημάτων μικροκυμάτων.

Ιστορία της εφεύρεσης

Στις αρχές της δεκαετίας του 1920 στη Ρωσία, ο Oleg Losev ανακάλυψε το φαινόμενο cristadine σε διόδους από κρυσταλλικό ZnO που αναπτύχθηκε υδροθερμικά από υδατικό διάλυμαυδροξείδιο ψευδαργύρου και ψευδάργυρο καλίου - η επίδραση της αρνητικής διαφορικής αντίστασης. Ο μηχανισμός για την εμφάνιση αρνητικής διαφορικής αντίστασης στα πειράματα του Losev είναι ασαφής. Οι περισσότεροι ειδικοί υποθέτουν ότι προκαλείται από το φαινόμενο της σήραγγας σε έναν ημιαγωγό, αλλά η άμεση πειραματική επιβεβαίωση αυτής της εξήγησης δεν έχει ακόμη επιτευχθεί. Ταυτόχρονα, ένας πιθανός μηχανισμός για την επίδραση θα μπορούσε να είναι η κατάρρευση χιονοστιβάδας ή άλλες φυσικές επιπτώσεις που οδηγούν στην εμφάνιση αρνητικής διαφορικής αντίστασης. Ταυτόχρονα, το cristadine και η δίοδος σήραγγας είναι διαφορετικές συσκευές, και η αρνητική διαφορική τους αντίσταση εκδηλώνεται σε διαφορετικά μέρη του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης.

Η δίοδος σήραγγας κατασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1957 από τον Leo Esaki, ο οποίος έλαβε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1973 για την πειραματική του ανακάλυψη της επίδρασης της διοχέτευσης ηλεκτρονίων σε αυτές τις διόδους.

Εφαρμογή

Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες στην πράξη είναι οι δίοδοι σήραγγας που κατασκευάζονται από GaAs και επίσης από