• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Туннельный эффект

Туннельный эффект
При отсутствии внешнего напряжения (рис. 25,а) вопреки законам классической механики существует возможность перехода электронов проводимости из ЗП n-области на свободные уровни (дырки) валентной зоны (ВЗ) p-области, а валентных электронов из ВЗ p-области в ЗП n-области без изменения их энергии (внешнего электрического поля нет). Эти переходы обозначены на рис. 25 стрелками. Ввиду того, что эти переходы происходят без преодоления потенциального барьера непосредственно через «склон энергетической схемы», они и названы туннельным эффектом. При этом в отсутствие внешнего напряжения (электрического поля) движение электронов через p-n-переход в обоих направлениях уравновешено и результирующий ток туннельного эффекта равен нулю. При приложении обратного напряжения (рис. 25,б) одна из составляющих тока начинает преобладать и образует ток туннельного эффекта (участок ОА на рис. 24,б), причем, этот ток по мере увеличения обратного напряжения стремительно растет и приводит к туннельному пробою. Далее, при небольших прямых напряжениях туннельный ток внешней цепи также продолжает расти (рис. 25,в) до тех пор, пока дно ЗП n-области находится ниже потолка ВЗ p-области, т. е. участок ОБ на рис. 24,б. Туннельный ток достигает максимума в точке Б вольтамперной характеристики (рис. 24,б), когда уровень Ферми WF на n-стороне совпадают с потолком ВЗ p-области (рис. 26). В этом случае электроны с n-стороны достигают всех вакантных состояний на p-стороне.


Рис. 25. Энергетические диаграммы туннельного диода, определяющие вид его вольтамперной характеристики (ВАХ)


Рис. 26. Энергетические диаграммы туннельного диода, соответствующие максимуму тока в точке Б ВАХ (а) и в точке В ВАХ (б) рисунка 24,б

Дальнейшее увеличение прямого смещения увеличивает рост числа электронов, стремящихся проникнуть сквозь запрещенную зону. Однако, переместиться за счет туннельного эффекта эти электроны не смогут из-за отсутствия нужных энергетических уровней и в результате ток уменьшается до нуля, когда потолок ВЗ p-стороны совмещается с дном ЗП n-стороны (рис. 26,б). По мере дальнейшего повышения прямого напряжения (рис. 25,г) туннельный эффект полностью прекращается и p-n переход приобретает свойства обычного диода (участок ВГ ВАХ рис. 24,б).

Если туннельный эффект пропадает раньше, чем возникает обычный прямой ток, то, как видно из ВАХ рис. 24,б, на ее прямой ветви имеет место падающий участок БВ отрицательного сопротивления, который и используется в туннельных диодах. Таким образом, ход ВАХ рис. 24 на участке АОБВ обусловлен туннельным эффектом, а на участке ВГ – обычным механизмом прохождения прямого тока через p-n переход.

Полупроводниковый диод

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор, состоящий из p-n перехода и двух выводов (омических контактов)...

читать далее

Высокочастотные диоды и диоды Шоттки

Высокочастотные (ВЧ) диоды применяются в основном в качестве детекторов ВЧ сигналов, ограничителей напряжения, нелинейных...

читать далее

Применение светоизлучающих диодов

В современной классификации излучающих полупроводниковых приборов, основным элементом в которых является светодиод...

читать далее