Amazing pooljuhtseade - tunneli diood

Uurides vahelduvvoolu parandamise mehhanismi kahe eri meediumi - pooljuht- ja metallkontakti vahelise kontakti puhul - on välja toodud hüpotees, et see põhineb laengukandjate nn tunnelitefektil. Kuid sel ajal (1932) ei võimaldanud pooljuhttehnoloogia arengutase meil kogemuste põhjal arvata. Jaapani teadlane Esaki suutis seda 1958. aastal tõepoolest suurepäraselt kinnitada, luues kõigepealt tunneli dioodi. Tänu oma hämmastavatele omadustele (eriti kiirusele), meelitas see seade erinevate tehniliste valdkondade spetsialistide tähelepanu. Siinkohal tasub selgitada, et diood on elektrooniline seade, mis koosneb kahest erinevast materjalist ühel juhul, millel on eri tüüpi juhtivus. Seetõttu võib elektrivool läbida seda ainult ühes suunas. Polaarsuse pöördumine toob kaasa dioodi "sulgemise" ja selle takistuse kasvu. Pinge suurendamine viib "lagunemiseni".

Mõelge, kuidas tunneli diood töötab. Klassikaline alaldi pooljuhtseade kasutab kristalle, mille lisandite kogus on kuni 17 (-3 sentimeetri) võimsusega kuni 10. Kuna see parameeter on otseselt seotud tasuta kande kandjate arvuga, siis selgub, et viimane ei saa kunagi olla suurem kui määratud piirang.

On olemas valem, mis võimaldab kindlaks määrata vahetsooni paksuse (üleminek pn):

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

Kus Na ja Nd on vastavalt ioniseeritud aktseptorite ja doonorite arv; Pi-3.1416; Q on elektronlaengu väärtus ; U on sisendpinge; Uk on üleminekuperioodi potentsiaalne erinevus; E on dielektrilise konstandi väärtus .

Valemi tagajärjeks on asjaolu, et klassikalise dioodi pn-ristmikule on iseloomulik väike väljuvõimsus ja suhteliselt suur paksus. Et elektronid sisenevad vabatsooni, vajavad nad täiendavat energiat (edastatakse väljastpoolt).

Tunneli diood kasutab oma kujunduses selliseid pooljuhte, mis muudavad lisandite sisalduse 10-le kuni 20 (-3 sentimeetri) võimsusega, mis on klassikalistest erinevustest erinev suurusjärgus. See viib dünaamilise ülemineku paksuse vähenemiseni, pn piirkonna piirkonna järsu suurenemise ja sellest tulenevalt tunneli ühenduskoha välimuse, kui elektron ei vaja valentsribast sisenemiseks täiendavat energiat. Selle põhjuseks on asjaolu , et osakese energiakogus ei muutu barjääri läbimise ajal. Tunneli dioodi saab kergesti eristada tavapärastest voolupinge omadustest. See efekt tekitab sellele mingi splashi - diferentstakistuse negatiivne väärtus. Selle tõttu kasutatakse tunneldiode sagedamini kasutatavates seadmetes (pn-piirkonna paksus vähendab sellist seadet kiirelt), täpseid mõõteseadmeid, generaatorit ja muidugi ka arvutitehnoloogiat.

Kuigi tunnelitefekti vool on suuteline voolama mõlemas suunas, dioodi otsesel ühendamisel suureneb intensiivsus üleminekuvööndis, vähendades tunnelevate elektronide arvu. Pinge tõus põhjustab tunneli voolu täielikku kadumist ja mõju avaldub ainult tavalisele difusioonile (nagu klassikalistel dioodidel).

Samuti on veel üks sarnaste seadmete esindaja - pööratud diood. See on sama tunneli diood, kuid muudetud omadustega. Erinevus seisneb selles, et pöördühenduse juhtivus, milles tavaline helisignaalseadis "sulgeb", on suurem kui otsesed. Ülejäänud omadused vastavad tunneli dioodile: kiirus, väike sisemine müra, võime muutuvaid komponente parandada.