Керемет жартылай өткізгіш құрылғы - туннельдік диод

Екі түрлі бұқаралық ақпарат құралдары - жартылай өткізгіш және металл арасындағы байланыстыру аймағындағы ауыспалы ток түзету механизмін зерттегенде, заряд тасымалдаушылардың туннельдік әсеріне негізделген гипотеза пайда болды. Дегенмен, сол кезде (1932 ж.) Жартылай өткізгішті технологияларды дамыту деңгейі тәжірибе бойынша болжамды дәлелдеуге мүмкіндік бермеді. Тек 1958 жылы жапон ғалымы Есаки оны керемет түрде дәлелдеп, алғашқы туннель диодын жасай алды. Оның таңғажайып қасиеттері (әсіресе жылдамдық) арқасында бұл құрылғы түрлі техникалық салалардың мамандарының назарын аудартты. Бұл жерде диод электронды құрылғы болып табылады, ол әртүрлі өткізгіштер түрлерімен бір жағдайда екі түрлі материалдардың тіркесімі болып табылады. Сондықтан электр тоғының бір ғана бағытта өтуі мүмкін. Полярлықты қалпына келтіру диодтың «жабуына» және оның қарсыласуының өсуіне алып келеді. Кернеуді жоғарылату «бұзылу» әкеледі.

Туннельдің диодтың қалай жұмыс істейтінін қарастырайық. Классикалық түзеткіш жартылай өткізгіш құрылғы 17 (-3 сантиметр) қуатына 10-дан көп емес қоспалардың бар кристалдарын пайдаланады. Және бұл параметр еркін тасымалдаушылар санына тікелей байланысты болғандықтан, соңғы ешқашан көрсетілген шектеулерден асып кете алмайды.

Аралық аймақтың қалыңдығын анықтауға мүмкіндік беретін формула бар (көшу pn):

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

Na және Nd иондалған қабылдаушылар мен донорлардың саны тиісінше; Pi-3.1416; Q - электрондық зарядтың мәні ; U - кіріс кернеуі; Ук - өтпелі секциядағы әлеуетті айырмашылық; E - диэлектрлік тұрақты мәні .

Формула нәтижесі классикалық диодтың pn түйісуінің өрістің төмендігі мен салыстырмалы түрде үлкен қалыңдығымен ерекшелену фактісі болып табылады. Электрондардың еркін аймаққа кіруі үшін олар қосымша энергияны қажет етеді (сырттан хабарланады).

Туннельдер диоды дизайнында жартылай өткізгіштердің түрлерін пайдаланады, олар 10-ға дейін 20-ға дейінгі (3 см-қа дейін) контентті өзгертеді, бұл классикалықтан өзгеше шамасы. Бұл өткелдің қалыңдығының күрт төмендеуіне, рН аймағындағы облыстың өріс күшіне күрт ұлғаюына әкеліп соғады, соның салдарынан электронның валенттілік диапазонға кіру үшін қосымша энергия қажет болмаған кезде туннельдердің пайда болуы пайда болады. Себебі бөлшектердің энергетикалық деңгейі кедергі өтетіндіктен өзгермейді. Тонельдің диодты қарапайым кернеулерден ағымдағы кернеу сипаттамасымен оңай айыруға болады . Бұл әсер дифференциалдық қарсыласудың теріс мәні - оған біршама шашырау жасайды. Осыған байланысты туннель диодтары жоғары жиіліктегі құрылғыларда кеңінен қолданылады (pn кедергінің қалыңдығын төмендету осындай құрылғыны жоғары жылдамдықты қамтамасыз етеді), дәл өлшеу техникасын, генераторларды және, әрине, компьютерлік технологияны.

Тоннелинг әсеріндегі ток екі бағытта да ағады, ал диодтың тікелей қосылуымен өтпелі аймақта қарқындылық артып, туннелеуге қабілетті электрондардың санын азайтады. Кернеудің жоғарылауы туннельдер ағынын толығымен жоғалтуға әкеліп соғады және әсер тек қарапайым диффузиялық (классикалық диодтар сияқты).

Сондай-ақ ұқсас құрылғылардың тағы бір өкілі - кері диод. Бұл бірдей туннельдер диоды, бірақ өзгерген қасиеттері бар. Оның айырмашылығы, қарапайым ректификациялық құрылғы «жабылады» кері байланыстағы өткізу құнын тікелей тікелей қарағанда жоғары. Қалған қасиеттер туннельдер диодына сәйкес келеді: жылдамдық, кішігірім ішкі шу, ауыспалы компоненттерді түзету мүмкіндігі.