Физические основы электроники. Глазачев А.В - 35 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
35
зон сместится относительно равновесного состояния в сторону уменьшения потенциального барьера и
при этом степень перекрытия между потолком валентной зоны материала p-типа и дном зоны прово-
димости материала n-типа уменьшится (рис. 2.14, в). При этом в зоне проводимости материала n-типа
уровни, заполненные электронами (ниже уровня Ферми) окажутся против незаполненных уровней в
валентной зоне материала p-типа, что приведет к появлению тока, обусловленного большим количест-
вом электронов, переходящих из п-области в р-область. Максимальное значение этого тока будет то-
гда, когда уровень Ферми материала п-типа и потолок валентной зоны материала р-типа будут совпа-
дать (рис. 2.14, г). При дальнейшем увеличении прямого напряжения туннельное перемещение элек-
тронов из п-области в р-область начнет убывать (рис. 2.14, д), так как количество их уменьшается по
мере уменьшения степени перекрытия между дном зоны проводимости материала п-типа и потолком
валентной зоны материала р-типа. В точке, где эти уровни совпадают, прямой ток р–п-перехода дос-
тигнет минимального значения (рис. 2.14, е), а затем, когда туннельные переходы электронов станут
невозможны (рис. 2.14, ж), носители заряда будут преодолевать потенциальный барьер за счет диффу-
зии и прямой ток начнет возрастать, как у обычных диодов.
При подаче на туннельный диод обратного напряжения потенциальный барьер возрастает, и
энергетическая диаграмма будет иметь вид, показанный на (рис. 2.14, з). Так как количество электро-
нов с энергией выше уровня Ферми незначительно, то обратный ток р–п-перехода в этом случае будет
возрастать в основном за счет электронов, туннелирующих из р-области в п-область, причем, посколь-
ку концентрация электронов в глубине валентной зоны р-области велика, то даже небольшое увеличе-
ние обратного напряжения и связанное с этим незначительное смещение энергетических уровней, при-
ведет к существенному росту обратного тока.
Рассмотренные процессы позволяют сделать вывод, что туннельные диоды одинаково хорошо
проводят ток при любой полярности приложенного напряжения, т.е. они не обладают вентильными
свойствами. Более того, обратный ток у них во много раз больше обратного тока других диодов. Это
свойство используется в другом типе полупроводникового прибора – обращенном диоде.
Выводы:
1. Отличительной особенностью туннельных диодов является наличие на прямой ветви вольт-
амперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Это позволя-
ет использовать туннельный диод в качестве усилительного элемента.
2. Туннельный эффект достигается за счет очень высокой концентрации примесей в p- и
n-областях.
3. Так как возникновение туннельного тока нес вязано с инжекцией носителей заряда, туннель-
ные диоды имеют малую инерционность и вследствие этого могут применяться для усиления и генера-
ции высокочастотных колебаний.
2.5. Обращенный диод
Обращенный диод – это
разновидность туннельного дио-
да, у которого концентрация
примесей подобрана таким обра-
зом, что в уравновешенном со-
стоянии при отсутствии внешне-
го напряжения потолок валент-
ной зоны материала р-типа сов-
падает с дном зоны проводимо-
сти материала п-типа
(рис. 2.15, а).
В этом случае туннельный
эффект будет иметь место толь-
ко при малых значениях обрат-
ного напряжения и вольт-
амперная характеристика такого
прибора будет аналогична об-
ратной ветви вольт-амперной
характеристики туннельного
В,
пр
U
мА,
пр
I
В,
обр
U
мА,
обр
I
4
,
0
4
,
0
-
5
,
0
5
,
0
0
,
1
5
,
1
Рис. 2.15. Зонная энергетическая диаграмма (а)
и вольт-амперная характеристика (б) типичного обращенного диода

Страницы