Физика твердотельных структур. Лукин А.Н - 31 стр.

                                          31
 Работа № 4. Исследование физических свойств и принципов работы
                        туннельного диода

Цель работы – изучение принципа действия, особенностей работы тун-
нельного диода, его статистических вольтамперных характеристик и опре-
деление основных параметров.

        4.1. Физические принципы работы туннельного диода

Туннельный эффект. Одно из очень важных физических явления, которое
можно объяснить, исходя из волновых свойств элементарных частиц – это
туннельный эффект.
      Сущность явления заключается в следующем. Пусть электрон, дви-
жущийся в вакууме, имеет энергию Е и встречает на своем пути потенци-
альный барьер формы U(x). В классической механике при Е < qU(x) пре-
одоление электроном барьера невозможно.
      В квантовой механике при размерах потенциального барьера, срав-
нимых с длинной волны де Бройля электрона λ = 2πh 2m0 E ( 2πh = h – по-
стоянная планка, m0 – масса свободного электрона), становится сущест-
венно вероятным прохождение электрона через барьер без изменения
энергии.
Эта вероятность для одномерного движения электрона в вакууме вычисля-
ется по формуле
                                  w
                                2
                                h ∫0
                 Q = Q0 exp[−        2mo [qU ( x) − E ]dx] ,   (1)

где Q0 – множитель, определяемый конкретной формой барьера и слабо за-
висящий от его высоты Q, W – границы области потенциального барьера.
Величина Q, кроме того, называется коэффициентом прозрачности потен-
циального барьера.При движении электрона в твердом теле туннельный
эффект проявляется в самых различных случаях. В частности, если в полу-
проводнике с шириной запрещенной зоны ∆Еg создано однородное элек-
трическое поле Е, то возникает возможность перехода электрона из ва-
лентной зоны V в зону проводимости (С) за счет этого поля. На упрощен-
ной энергетической диаграмме (Рис.1) электрон при переходе из точки 0 (в
V – зоне) в точку Х (в С – зоне) должен преодолеть потенциальный барьер,
энергия которого изменяется по закону ∆Еg - qEx.

    По грубой аналогии с прохождением электрона через потенциальный
барьер в вакууме, вероятность перехода из зоны в зону будет равна:
                                  w
                             2
                 Q = Q0 exp[− ∫ 2m[ΔE g − qEx]dx]              (2)
                             h0