Menakjubkan semikonduktor perangkat - dioda terowongan

Ketika mempelajari mekanisme meluruskan AC di lokasi kontak dari dua lingkungan yang berbeda - semikonduktor dan logam, telah dihipotesiskan bahwa itu didasarkan pada apa yang disebut tunneling biaya operator. Namun, pada waktu itu (1932) tingkat perkembangan teknologi semikonduktor tidak diperbolehkan untuk mengkonfirmasi dugaan tersebut secara empiris. Hanya pada tahun 1958, seorang ilmuwan Jepang Esaki bisa mengkonfirmasi hal itu cemerlang, menciptakan dioda terowongan pertama dalam sejarah. Berkat kualitas yang menakjubkan (misalnya, kecepatan), produk ini telah menarik perhatian para spesialis di berbagai bidang teknis. Perlu untuk menjelaskan bahwa dioda - perangkat elektronik, yang merupakan asosiasi dari satu tubuh dua bahan yang berbeda memiliki berbagai jenis konduktivitas. Oleh karena itu, arus listrik dapat mengalir melalui itu dalam satu arah saja. Mengubah hasil polaritas di "menutup" dioda dan meningkatkan ketahanan. Meningkatkan tegangan mengarah ke "breakdown".

Pertimbangkan bagaimana terowongan dioda. Klasik rectifier perangkat semikonduktor menggunakan kristal memiliki sejumlah kotoran tidak lebih dari 10 di 17 derajat (tingkat -3 sentimeter). Dan karena parameter ini secara langsung berhubungan dengan jumlah pembawa muatan bebas, ternyata bahwa masa lalu tidak pernah bisa lebih dari batas-batas yang ditentukan.

Ada rumus yang memungkinkan untuk menentukan ketebalan zona menengah (transisi pn):

L = ((E * (Uk-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd) / (Na * Nd)) * 1.050.000,

di mana Na dan Nd - jumlah donor terionisasi dan akseptor, masing-masing; Pi - 3,1416; q - nilai dari muatan elektron; U - diterapkan tegangan; Uk - perbedaan potensi di transisi; E - nilai konstanta dielektrik.

Konsekuensi dari rumus adalah kenyataan bahwa untuk pn transisi dioda karakteristik kekuatan medan rendah klasik dan ketebalan yang relatif besar. Bahwa elektron bisa mendapatkan zona bebas, mereka butuh tenaga ekstra (disampaikan dari luar).

Terowongan dioda yang digunakan dalam konstruksi mereka jenis seperti semikonduktor, yang mengubah kandungan pengotor untuk 10 sampai 20 derajat (tingkat -3 cm), yang merupakan urutan yang berbeda dari yang klasik. Hal ini menyebabkan penurunan dramatis dalam ketebalan transisi, peningkatan tajam dari intensitas medan di wilayah pn dan, akibatnya, terjadinya transisi terowongan ketika memasuki elektron ke pita valensi tidak membutuhkan energi tambahan. Hal ini terjadi karena tingkat energi partikel tidak berubah dengan hambatan bagian. Terowongan dioda mudah dibedakan dari normal nya karakteristik volt-ampere. Efek ini menciptakan semacam gelombang di atasnya - resistance diferensial negatif. Karena tunneling ini dioda yang banyak digunakan dalam perangkat frekuensi tinggi (ketebalan kesenjangan pengurangan pn membuat alat tersebut berkecepatan tinggi), peralatan pengukuran akurat, generator, dan, tentu saja, komputer.

Meskipun saat ini ketika efek terowongan mampu mengalir di kedua arah, dengan langsung menghubungkan ketegangan dioda di zona transisi meningkat, mengurangi jumlah elektron mampu bagian tunneling. peningkatan tegangan mengarah ke hilangnya lengkap dari saat ini tunneling dan efeknya hanya pada difus biasa (seperti dalam dioda klasik).

Ada juga perwakilan lain dari perangkat tersebut - diode mundur. Ini merupakan terowongan dioda yang sama, tapi dengan sifat diubah. Perbedaannya adalah bahwa nilai konduktivitas koneksi terbalik, di mana perangkat meluruskan biasa "terkunci", itu lebih tinggi daripada di langsung. Sifat-sifat yang tersisa sesuai dengan dioda terowongan: kinerja, rendah diri kebisingan, kemampuan untuk meluruskan komponen variabel.