Изучение свойств p-n-переходов. Бабенко С.П. - 7 стр.

Технологической особенностью туннельного диода является очень высокая концентрация основ-
                                           ных носителей исходных полупроводниковых мате-
                                           риалов, образующих p-n-переход. Она достигает
          I
                                           n=1025 1/м3 в отличие от обычных для выпрямитель-
                                                                      22
                                           ных диодов значений n=10        I/м3. Такое изменение
                                           концентрации сопровождается: 1) большим отклоне-
                                           нием смещения энергетических зон соседних полу-
                                           проводников; 2) значительным уменьшением шири-
                  ϕk       V               ны p-n-перехода от нескольких микрон до десятков
                                           ангстрем; 3) перемещением уровня Ферми из запре-
              Рис.4
                                           щенной зоны в зону проводимости(в n -типе и в ва-
                                           лентной зоне в р -типе) (рис.5). Большое смещение
                                           энергетических зон приводит к тому, что энергетиче-
                                      EF
  E1                                       ские уровни зоны проводимости в n -типе оказыва-
                                      E1   ются против запрещенной зоны (как в выпрямитель-

  E2                                       ном диоде) только в области p-n-перехода (ширина
                                      E2         0
  EF                                       d~10 A ).
                                           В толще полупроводника р-типа напротив зоны про-
                  Рис.5
                                           водимости лежит валентная зона (см.далее рис.9).Она
заполнена электронами лишь частично. Действительно, при комнатной температуре вероятность
заполнения уровней близка к единице при Е<ЕF к нулю при Е > ЕF. Уровень Ферми в р -типе ле-
жит в валентной зоне (рис.5), следовательно, валентная зона заполнена частично и ее электроны
тоже участвуют в переносе тока. Для электронов проводимости, переходящих из зоны проводимо-
сти n -типа в валентную зону р -типа, ширина потенциального барьера ограничивается шириной p-
n-перехода. Из-за высокой концентрации основных носителей в полупроводниках ширина p-n-
                       0
перехода мала (d≈10 A ). Для таких электронов возможно проявление квантового туннельного эф-
фекта и появление туннельного тока.
Нужно отметить, что в туннельных диодах возможен обычный механизм переноса тока, когда
электроны перемещаются только по зоне проводимости, преодолевая потенциальный барьер бес-
конечной ширины. Ток таких диодов называется диффузионным. Преобладание туннельного или
диффузионного тока определяется величиной и полярностью внешнего напряжения на диоде.
Грубо можно считать, что и для носителей диффузного тока (рис.6) и для носителей туннельного
тока ( рис.7) потенциальный барьер одномерен и имеет прямоугольную форму. В первом случае
он бесконечен по ширине, а во втором конечен.