Перенос носителей заряда в туннельных диодах

↑

Стр 1 из 3Следующая ⇒

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«САРАТОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО»

Кафедра физики твёрдого тела

Реферат

студента 1 курса 101 группы

Каширина Владимира Алексеевича

Преподаватель

профессор, д. ф.-м. н _________                      __________                                     Скрипаль А.В.     

должность, уч.степень, уч. звание

       подпись, дата

          фамилия инициалы,

Саратов,2020

Туннельный диод – особый тип диодов, параметры которого, отличаются по своим характеристикам и строению от других разновидностей диодов. Эти радиодетали так называются потому что их работоспособность объясняется наличием туннельного эффекта. Это выражается в особом квантовом явлении. Электроны внутри него неким образом смещается проходя через p-n-p переход. Этот эффект используется в радиоэлектронике и различных устройствах радиотехнике. Туннельный диод относится к группе полупроводниковых приборов, вольтамперные характеристики которых имеют участок, соответствующий отрицательному дифференциальному сопротивлению прибора. Туннельный диод применяется как многофункциональный прибор (усиление, генерация, переключение и др.) для работы преимущественно в области СВЧ. Он может работать и на более низких частотах, однако его эффективность в этом случае значительно ниже, чем, например, транзистора. В основе работы туннельного диода лежит туннельный эффект, сущность которого заключается в том, что электрон, обладающий энергией, меньшей, чем высота потенциального барьера, может проникнуть с некоторой вероятностью сквозь этот тонкий потенциальный барьер. Электрон как бы пользуется своеобразным туннелем, чтобы пройти сквозь барьер, не поднимаясь над его уровнем. Этот процесс происходит очень быстро (со скоростью света).

При образовании p-n-перехода происходит смещение энергетических зон полупроводников с различным типом проводимости в такой мере, что уровень Ферми для них становится прямой горизонтальной линией. При этом в случае вырожденных полупроводников нижняя граница зоны проводимости n-области становится ниже верхней границы валентной зоны р-области. Для простоты рассуждений будем считать, что все разрешенные уровни, расположенные ниже уровня Ферми, заняты, а расположенные выше него — свободны.

В очень узких p-n-переходах возникают условия для относительно свободного туннельного прохождения электронов через потенциальный барьер. Однако для этого необходимо, чтобы напротив занятого электроном уровня по одну сторону барьера имелся свободный уровень за барьером.

На рис. 1а приведена вольт-амперная характеристика туннельного диода. Особенность этой характеристики заключается в следующем. В области обратных напряжений обратный ток растет очень быстро с повышением напряжения, т. е. туннельный диод обладает весьма малым обратным дифференциальным сопротивлением. В области прямых напряжений с увеличением напряжения прямой ток сначала растет до пикового значения при напряжении в несколько десятков милливольт, а затем начинает уменьшаться (участок АВ, в пределах которого туннельный диод обладает отрицательной проводимостью. Ток спадает до минимального значения I2 при напряжении порядка нескольких сотен миливольт, в дальнейшем прямой ток вновь начинает увеличиваться с ростом напряжения.

Заштрихованная область вольт-амперной характеристики (рис.1 а) соответствует так называемому избыточному току туннельного диода. На этом участке ток туннельного диода определяется суммой двух токов: прямым туннельным током и током диффузии. Однако многочисленные экспериментальные исследования показали, что ток I₂ реального туннельного диода существенно больше тока I₂ идеализированного туннельного диода. Разность этих токов называют избыточным током. Установлено, что он в основном зависит от концентрации технологически неконтролируемых примесей и степени легирования исходного материала, но окончательно природа избыточного тока неясна.

Дифференциальная проводимость G при изменении смещения от 0 до U₃ дважды (в точках, соответствующих напряжениям U₁ и U₂) обращается в нуль, т. е. туннельный диод способен дважды разорвать внешнюю электрическую цепь, превращаясь из пассивного элемента в активный и наоборот. Это обстоятельство привело к широкому применению туннельных диодов в импульсной технике.

Ток, протекающий через туннельный диод, содержит пять составляющих:

— туннельный ток , обусловленный туннельным переходом электронов из валентной зоны p-области в зону проводимости n-области;

— туннельный ток , обусловленный туннельным переходом электронов из зоны проводимости n-области в валентную зону р-области;

— дрейфовый ток неосновных носителей обеих областей через р-п переход I_др;

— диффузионный ток основных носителей обеих областей через р-n переход I_диф;

— так называемый избыточный ток, который можно рассматривать как частный случай тока — туннельного перехода носителей с использованием разрешенных (примесных или дислокационных) уровней в запрещенной зоне.

Таким образом, результирующий ток через переход

а) б)

в)

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману