Καταπληκτική συσκευή ημιαγωγών - δίοδος σήραγγας

Κατά τη μελέτη του μηχανισμού της διόρθωσης μιας μεταβλητήςτο ρεύμα στην περιοχή επαφής δύο διαφορετικών μέσων - ενός ημιαγωγού και ενός μετάλλου, προωθήθηκε μια υπόθεση που βασίζεται στο λεγόμενο αποτέλεσμα σήραγγας των φορέων φορτίου. Ωστόσο, εκείνη την εποχή (1932) το επίπεδο ανάπτυξης των τεχνολογιών ημιαγωγών δεν μας επέτρεψε να επιβεβαιώσουμε την εικασία από την εμπειρία. Μόνο το 1958 ο Ιαπωνικός επιστήμονας Esaki κατάφερε να το επιβεβαιώσει εξαιρετικά, δημιουργώντας τη πρώτη δίοδο σήραγγας. Λόγω των εκπληκτικών ιδιοτήτων του (ιδιαίτερα της ταχύτητας), αυτή η συσκευή προσελκύει την προσοχή των ειδικών διαφόρων τεχνικών πεδίων. Εδώ αξίζει να εξηγηθεί ότι μια δίοδος είναι μια ηλεκτρονική συσκευή, η οποία είναι ένας συνδυασμός δύο διαφορετικών υλικών σε μία μόνο περίπτωση με διαφορετικούς τύπους αγωγιμότητας. Ως εκ τούτου, το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να περάσει από αυτό σε μία μόνο κατεύθυνση. Η αντιστροφή πολικότητας οδηγεί σε «κλείσιμο» της διόδου και αύξηση της αντίστασης. Η αύξηση της τάσης οδηγεί σε "βλάβη".

Εξετάστε πώς λειτουργεί η δίοδος της σήραγγας. Κλασικό ανορθωτή ημιαγωγού χρησιμοποιεί ένα κρύσταλλο που έχει έναν αριθμό ακαθαρσιών όχι περισσότερο από 10 στα 17 μοιρών (βαθμός -3 εκατοστό). Και επειδή αυτή η παράμετρος σχετίζεται άμεσα με τον αριθμό των ελεύθερων φορέων φορτίου, αποδεικνύεται ότι το παρελθόν δεν μπορεί να είναι πάνω από τις καθορισμένες όρια.

Υπάρχει ένας τύπος που μας επιτρέπει να καθορίσουμε το πάχος της ενδιάμεσης ζώνης (η μετάβαση p-n):

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

όπου Na και Nd είναι ο αριθμός των ιονισμένων αποδέκτεςκαι των δοτών, αντίστοιχα. Pi-3.1416; q είναι η τιμή του φορτίου ηλεκτρονίων. U είναι η τάση εισόδου. Το Ηνωμένο Βασίλειο είναι η δυνητική διαφορά στο τμήμα μετάβασης. E είναι η τιμή της διηλεκτρικής σταθεράς.

Η συνέπεια του τύπου είναι το γεγονός ότι γιαΗ σύνδεση p-n της κλασικής διόδου χαρακτηρίζεται από χαμηλή ισχύ πεδίου και σχετικά μεγάλο πάχος. Προκειμένου τα ηλεκτρόνια να εισέλθουν στην ελεύθερη ζώνη, χρειάζονται επιπλέον ενέργεια (επικοινωνούμε από το εξωτερικό).

Η δίοδος της σήραγγας χρησιμοποιεί στην κατασκευή τηςαυτοί οι τύποι ημιαγωγών, οι οποίοι μεταβάλλουν την περιεκτικότητα των προσμείξεων σε 10 έως την ισχύ των 20 (-3 εκατοστών), η οποία είναι μια τάξη μεγέθους διαφορετική από τις κλασσικές. Αυτό οδηγεί σε δραστική μείωση του πάχους της μετάβασης, σε απότομη αύξηση της ισχύος του πεδίου στην περιοχή της ρ-η περιοχής και, κατά συνέπεια, στην εμφάνιση μιας διασταύρωσης σήραγγας, όταν το ηλεκτρόνιο δεν χρειάζεται πρόσθετη ενέργεια για να εισέλθει στη ζώνη σθένους. Αυτό συμβαίνει επειδή το επίπεδο ενέργειας του σωματιδίου δεν αλλάζει καθώς περνά ο φραγμός. Η δίοδος της σήραγγας μπορεί να διακριθεί εύκολα από τις συμβατικές με το χαρακτηριστικό της τρέχουσας τάσης. Αυτό το αποτέλεσμα δημιουργεί ένα είδος εκτόξευσης πάνω του - μια αρνητική τιμή της διαφορικής αντίστασης. Λόγω αυτού, οι δίοδοι σήραγγας χρησιμοποιούνται ευρέως σε συσκευές υψηλής συχνότητας (μείωση του πάχους του διακένου p-n καθιστά μια τέτοια συσκευή υψηλής ταχύτητας), ακριβή εξοπλισμό μέτρησης, γεννήτριες και φυσικά τεχνολογία υπολογιστών.

Παρά το γεγονός ότι το ρεύμα στο αποτέλεσμα της σήραγγας είναι ικανόροή προς τις δύο κατευθύνσεις, με άμεση σύνδεση της διόδου, η ένταση στη ζώνη μετάβασης αυξάνεται, μειώνοντας τον αριθμό των ηλεκτρονίων που είναι ικανά να δημιουργήσουν σήραγγες. Η αύξηση της τάσης οδηγεί στην πλήρη εξαφάνιση του ρεύματος σήραγγας και το αποτέλεσμα είναι μόνο στη συνηθισμένη διάχυτη (όπως στις κλασικές διόδους).

Υπάρχει επίσης ένας άλλος εκπρόσωπος παρόμοιωνσυσκευές - η αντίστροφη δίοδος. Είναι η ίδια δίοδος σήραγγας, αλλά με αλλαγμένες ιδιότητες. Η διαφορά είναι ότι η τιμή της αγωγιμότητας στην αντίστροφη σύνδεση, στην οποία η συνηθισμένη διάταξη διόρθωσης "κλείνει", έχει υψηλότερη από την άμεση. Οι υπόλοιπες ιδιότητες αντιστοιχούν στη δίοδο της σήραγγας: ταχύτητα, μικρός εσωτερικός θόρυβος, δυνατότητα ισορροπίας των μεταβλητών στοιχείων.