Nevjerojatan poluvodički uređaj - tunelska dioda

Prilikom proučavanja mehanizma izravnavanja izmjeničnu struju

sadržaj

na kontaktnom području dvaju različitih medija - poluvodiča i metala, postavljena je hipoteza da se temelji na takozvanom tunelskom učinku nosača naboja. Međutim, u to vrijeme (1932.) razina razvoja poluvodičkih tehnologija nije dopustila da potvrdimo pogodak iskustvom. Samo je 1958. japanski znanstvenik Esaki uspio je to potvrditi briljantno, stvarajući prvu tunnelsku diodu. Zbog nevjerojatnih osobina (osobito brzine), ovaj uređaj privukao je pozornost stručnjaka različitih tehničkih područja. Ovdje je vrijedno objasniti da je dioda elektronički uređaj, koji je kombinacija dvaju različitih materijala u jednom slučaju s različitim vrstama provodljivosti. Stoga električna struja može proći kroz samo jedan smjer. Preokret polariteta dovodi do "zatvaranja" diode i povećanja njegove otpornosti. Povećanje napona dovodi do "kvara".

Razmotrite kako radi tunelna dioda. Klasično ispravljač poluvodički uređaj koristi kristale s količinom nečistoća ne više od 10 na snagu od 17 (-3 centimetara). Budući da se ovaj parametar izravno odnosi na broj besplatnih nosača naboja, ispada da potonji nikada ne mogu biti veći od navedenog ograničenja.

Postoji formula koja nam omogućuje određivanje debljine međufazne zone (prijelaz p-n):

(Na * Nd) / (Na * Nd)) / (2 * Pi * q)) *

gdje je Na i Nd - broj ioniziranih akceptora i donora, odnosno - Pi - 3.1416 - q - vrijednost naboj elektronskog- U je ulazni napon, Uk je potencijalna razlika u prijelaznom dijelu, E je vrijednost dielektrična konstanta.

Posljedica formule je činjenica da p-n spoj klasične diode karakterizira niska snaga polja i relativno velika debljina. Da bi se elektroni ušli u slobodnu zonu, trebaju dodatnu energiju (priopćenu izvana).

Tunel diode koriste u njihovoj izgradnji takve vrste poluvodiča koji mijenjaju sadržaj nečistoća na 10 do 20 stupnja (stupnjeva -3 centimetara), koji je red različit od klasičnih. To dovodi do dramatičnog smanjenja debljine tranzicije, oštar porast intenziteta polja u p-n području, a time i pojava tranzicije tunela pri ulasku elektron u valentni pojas ne treba dodatnu energiju. To je zbog toga razina energije čestica se ne mijenja, jer barijera prolazi. Dioda tunela može se lako razlikovati od konvencionalnih strujno-naponsko obilježje. Ovaj efekt stvara neku vrstu prskanja na njemu - negativnu vrijednost diferencijalnog otpora. Zbog tog tunela diode su naširoko koristi u visokofrekventnih uređaja (debljina smanjenje jaza p-n čini takav uređaj visoke brzine), točne mjerne opreme, generatora, i, naravno, računala.

Iako je struja učinak tunela može teći u oba smjera, s izravnom vezom diode, povećava se intenzitet prijelazne zone, smanjuje broj elektrona sposobnih za tuneliranje. Povećanje napona dovodi do potpunog nestanka struje tunela i učinak je samo na običnoj difuziji (kao u klasičnim diodama).

Također postoji još jedan predstavnik takvih uređaja - obratna dioda. To je ista tunelska dioda, ali s promijenjenim svojstvima. Razlika je u tome što je vrijednost provodljivosti na obrnutom spoju, u kojoj se redoviti ispravljački uređaj "zatvori", ima više nego s izravnim. Preostala svojstva odgovaraju tunnelnoj diodi: brzini, maloj intrinzičnoj buku, sposobnosti izravnavanja varijabilnih komponenti.

Dijelite na društvenim mrežama:

Povezan