ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
нет, ток через переход отсутствует. Действительно, свобод-
ное движение электрона в запрещенной зоне невозможно,
так как его волновая функция экспоненциально затухает с
расстоянием внутри зоны подобно тому, как она затухает
под потенциальным барьером. В равновесии число электро-
нов, туннелирующих в обе стороны, одинаково, и поэтому
тока через диод нет.
Приложим к туннельному диоду внешнее поле в
прямом направлении, т.е. минус к n-области, а плюс к p-
области. В этом случае внешнее поле противоположно
внутреннему в (p-n)-переходе. По мере увеличения прило-
женного напряжения смещение зон уменьшается (рис. 1б) и
часть занятых состояний в n-области перекрывается с неза-
нятыми состояниями в p-области. Электроны туннелируют
налево, ток возрастает пропорционально как вероятности
туннелирования, так и плотности занятых состояний справа
и незанятых слева.
При дальнейшем увеличении разности потенциалов
перекрытие уровней справа и слева достигает максимума, и
ток через диод максимален (рис.1б). Затем часть занятых со-
стояний в n-области начинает перекрываться с запрещенной
зоной p-области (рис.1в), для электронов на этих уровнях
прямое туннелирование уменьшается, число переходов ог-
раничивается, ток через диод спадает. Наконец, дно зоны
проводимости справа поднимается настолько, что попадет в
область энергий запрещенной зоны слева и электронам не-
куда переходить ( рис.1г). Поэтому при напряжении
U=(ξ+η)/e ток полностью прекращается. При дальнейшем
увеличении напряжения занятые уровни в n-области начи-
нают совпадать с незанятыми уровнями в зоне проводимо-
сти p-области (рис. 1д). Электроны проходят справа налево
без всякого туннелирования, появляется диффузионный ток,
как в обычном полупроводниковом диоде, ток резко возрас-
тает.
При обратном напряжении на (p-n)-переходе (рис.1е)
уровень Ферми µ
p
в р-области смещается вверх относитель-
но уровня µ
n
в n-области на величину внешнего напряжения,
при этом против заселенных состояний в р-области появля-
ются свободные уровни в n-области. Электроны p-
полупроводника туннелируют в n-полупроводник, и через
(р-n)-переход течет ток, обусловленный неосновными носи-
телями заряда, в цепи диода пойдет ток в обратном направ-
лении. Так получается вольтамперная характеристика иде-
ального туннельного диода, изображенная на рис. 1ж.
Реальная вольтамперная характеристика отличается
от изображенной на рис. 1ж. Экспериментально полученная
характеристика германиевого туннельного диода приведена
на рис.2.
Она характеризуется следующими основными параметрами:
1) величиной напряжения U
p
, которое соответствует макси-
муму (пику) тока I
р
;
2) величиной напряжения U
v
при минимальной величине
тока I
v
;
3) величиной напряжения U
f
(|U
f
| > |U
v
|), при котором ток
через диод равен I
р
.
Рис.2. Экспериментальные вольтамперные характеристики
туннельных диодов при Т=300К: сплошная линия - для дио-
да из германия (
эВТk
Б
7,0,7
=
∆
≅
≅
η
ξ
); штриховая -
для диода из арсенида галлия(
эВТk
Б
52,1,12
=
∆
≅
≅
η
ξ
)
нет, ток через переход отсутствует. Действительно, свобод- но уровня µn в n-области на величину внешнего напряжения,
ное движение электрона в запрещенной зоне невозможно, при этом против заселенных состояний в р-области появля-
так как его волновая функция экспоненциально затухает с ются свободные уровни в n-области. Электроны p-
расстоянием внутри зоны подобно тому, как она затухает полупроводника туннелируют в n-полупроводник, и через
под потенциальным барьером. В равновесии число электро- (р-n)-переход течет ток, обусловленный неосновными носи-
нов, туннелирующих в обе стороны, одинаково, и поэтому телями заряда, в цепи диода пойдет ток в обратном направ-
тока через диод нет. лении. Так получается вольтамперная характеристика иде-
Приложим к туннельному диоду внешнее поле в ального туннельного диода, изображенная на рис. 1ж.
прямом направлении, т.е. минус к n-области, а плюс к p- Реальная вольтамперная характеристика отличается
области. В этом случае внешнее поле противоположно от изображенной на рис. 1ж. Экспериментально полученная
внутреннему в (p-n)-переходе. По мере увеличения прило- характеристика германиевого туннельного диода приведена
женного напряжения смещение зон уменьшается (рис. 1б) и на рис.2.
часть занятых состояний в n-области перекрывается с неза- Она характеризуется следующими основными параметрами:
нятыми состояниями в p-области. Электроны туннелируют 1) величиной напряжения Up, которое соответствует макси-
налево, ток возрастает пропорционально как вероятности муму (пику) тока Iр;
туннелирования, так и плотности занятых состояний справа 2) величиной напряжения Uv при минимальной величине
и незанятых слева. тока Iv;
При дальнейшем увеличении разности потенциалов 3) величиной напряжения Uf (|Uf| > |Uv|), при котором ток
перекрытие уровней справа и слева достигает максимума, и через диод равен Iр.
ток через диод максимален (рис.1б). Затем часть занятых со-
стояний в n-области начинает перекрываться с запрещенной
зоной p-области (рис.1в), для электронов на этих уровнях
прямое туннелирование уменьшается, число переходов ог-
раничивается, ток через диод спадает. Наконец, дно зоны
проводимости справа поднимается настолько, что попадет в
область энергий запрещенной зоны слева и электронам не-
куда переходить ( рис.1г). Поэтому при напряжении
U=(ξ+η)/e ток полностью прекращается. При дальнейшем
увеличении напряжения занятые уровни в n-области начи-
нают совпадать с незанятыми уровнями в зоне проводимо-
сти p-области (рис. 1д). Электроны проходят справа налево
без всякого туннелирования, появляется диффузионный ток, Рис.2. Экспериментальные вольтамперные характеристики
как в обычном полупроводниковом диоде, ток резко возрас- туннельных диодов при Т=300К: сплошная линия - для дио-
тает. да из германия ( ξ ≅ η ≅ 7 k Б Т , ∆ = 0,7 эВ ); штриховая -
для диода из арсенида галлия( ξ ≅ η ≅ 12k Б Т , ∆ = 1,52 эВ )
При обратном напряжении на (p-n)-переходе (рис.1е)
уровень Ферми µp в р-области смещается вверх относитель-
