Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

Туннельный диод. Принцип действия и параметры кратко

Лекция



Привет, сегодня поговорим про туннельный диод , обещаю рассказать все что знаю. Для того чтобы лучше понимать что такое туннельный диод , принцип действия туннельного диода, вах туннельного диода, параметры туннельного диода, туннельные диоды , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

туннельный диод — полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором при приложении напряжения в прямом направлении, туннельный эффект проявляется в появлении участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике.

Туннельный диод представляет собой полупроводниковый диод с вольтамперной характеристикой N-типа, принцип действия которого основан на эффекте туннельного прохождения носителей заряда через потенциальный барьер p-n-перехода с вырожденными p- и n-областями.

Туннельный диод. Принцип действия и параметры

Обозначение на схемах

Туннельный диод. Принцип действия и параметры

Вольт-амперная характеристика туннельного диода. В диапазоне напряжений от U1 до U2 дифференциальное сопротивление отрицательно.

Туннельный диод. Принцип действия и параметры

Пиковый ток Туннельный диод. Принцип действия и параметры – прямой ток в точке максимума ВАХ.

Ток впадины Туннельный диод. Принцип действия и параметры – прямой ток в точке минимума ВАХ.

Напряжение впадины Туннельный диод. Принцип действия и параметры – прямое напряжение, соответствующее току впадины.

Напряжение пика Uп– прямое напряжение, соответствующее пиковому току.

Напряжение раствора Туннельный диод. Принцип действия и параметры – прямое напряжение, большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому.

Устройство тунельных диодов

Обычные диоды при увеличении прямого напряжения монотонно увеличивают пропускаемый ток. В туннельном диоде квантово-механическое туннелирование электронов добавляет горб в вольт-амперную характеристику, при этом, из-за высокой степени легирования p и n областей, напряжение пробоя уменьшается практически до нуля. Туннельный эффект позволяет электронам преодолеть энергетический барьер в зоне перехода с шириной 50-150 Å при таких напряжениях, когда зона проводимости в n-области имеет равные энергетические уровни с валентной зоной р-области При дальнейшем увеличении прямого напряжения уровень Ферми n-области поднимается относительно р-области, попадая на запрещенную зону р-области, а поскольку туннелирование не может изменить полную энергию электрона, вероятность перехода электрона из n-области в p-область резко падает. Это создает на прямом участке вольт-амперной характеристики участок, где увеличение прямого напряжения сопровождается уменьшением силы тока. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Данная область отрицательного дифференциального сопротивления и используется для усиления слабых сверхвысокочастотных сигналов.

Один из вариантов конструкции диода представлен на рис. 5.2. В качестве подложки GaAs структуры использован наиболее высокоомный материал, который обычно называют «полуизолирующим». Выращенный на подложке эпитаксиальный p+-слой защищен слоем окисла SiO2. В окисле вскрываются отверстия нужного диаметра, в них наносятся Sn для формирования n+-области и сплав Au + Ge для создания омического контакта. При нагревании структуры происходит вплавление нанесенных материалов, после охлаждения и рекристаллизации образуется n+-область туннельного диода. В нужных точках припаиваются металлические шариковые контакты, к которым впоследствии контактируют внешние выводы. Распространены также варианты конструкции диодов с балочными выводами.

Туннельный диод. Принцип действия и параметрыТуннельный диод. Принцип действия и параметры

Рис. 5.2. Вариант конструкции туннельного диода

История изобретения

В начале 1920-х годов в России Олег Лосев обнаружил кристадинный эффект в диодах из кристаллического ZnO, выращенного гидротермально из водного раствора гидроксида цинка и цинката калия — эффект отрицательного дифференциального сопротивления.

Впервые туннельный диод был изготовлен на основе Ge в 1957 году Лео Эсаки, который в 1973 году получил Нобелевскую премию по физике за экспериментальное обнаружение эффекта туннелирования электронов в этих диодах.

принцип действия туннельного диода

туннельные диоды с очень малым сопротивлением относят к группе вырожденных. они имеют:

  • электронно-дырочный переход – в десятки раз тоньше, по сравнению с обычными диодными устройствами;
  • потенциальный барьер – в 2 раза выше относительно стандартных полупроводниковых деталей;
  • наличие напряженности поля даже при отключении питающего напряжения – 106 В/см.

Уникальные свойства туннельного диода проявляются в его вольтамперной характеристике (ВАХ) при прямом смещении в полупроводнике.

Туннельный диод. Принцип действия и параметры

На схеме видно, что на отрезке А ток растет с увеличением напряжения. На участке В полупроводник проявляет отрицательное сопротивление (туннельный эффект), приводящее к тому, что при росте вольтовой характеристики ток снижается. На отрезке С прибор снова обеспечивает прямую зависимость между током и напряжением.

Туннельные диоды предназначены для работы как раз на отрезке, для которого характерно отрицательное сопротивление. Небольшое повышение напряжения выключает его, а снижение – включает.

Основные параметры туннельных диодов

При выборе этого полупроводника учитывают:

  • ток пика – максимальный ток прямого направления;
  • пиковое напряжение, характерное для тока пика;
  • минимальный ток (ток впадины) и характерное для него напряжение;
  • напряжение скачка – максимальный перепад напряжений;
  • емкость – емкость между выводами полупроводника при определенной вольтовой характеристике смещения.

Преимущества и недостатки

Плюсы туннельных диодов:

  • особая вольтамперная характеристика в определенном интервале напряжений;
  • уникальное быстродействие, малая инерционность;
  • устойчивость к ионизирующему излучению;
  • сниженное потребление электроэнергии от источника электропитания.

Все туннельные диоды имеют компактные размеры. Часто они представляют собой изделия в герметичных корпусах цилиндрической формы диаметром 3-4 мм, высотой 2 мм и массой менее 1 грамма.

Существенным недостатком полупроводников этого типа является значительное старение, которое приводит к изменению их свойств, а следовательно, к нарушению нормальной функциональности устройства. «Туннельники» могут утратить прежние параметры не только из-за превышенных рабочих режимов, но даже из-за длительного хранения, после чего они превращаются в «обращенные» полупроводники. Такое обстоятельство часто становится причиной некорректного функционирования промышленных осциллографов.

Существуют и «обращенные» полупроводники промышленного изготовления. От туннельных они отличаются меньшей концентрацией примесей, хотя общий принцип функционирования у них одинаковый.

Проверка и диагностика туннельного диода на работоспособность

Проверять работоспособность туннельный диод авометром – комбинированным прибором для измерения тока, напряжения и частоты – запрещено, поскольку полупроводники некоторых групп могут выйти из строя. Если неизвестна принадлежность детали к определенной категории, то безопасней использовать генераторный пробник, позволяющий контролировать работоспособность туннельного диода в активном режиме.

Примеры схем на туннельном диоде

Туннельный диод. Принцип действия и параметры

Туннельный диод. Принцип действия и параметры

Применение

Наибольшее распространение на практике получили туннельные диоды из Ge, GaAs, а также из GaSb. Эти диоды находят широкое применение в качестве генераторов и высокочастотных переключателей, они работают на частотах, во много раз превышающих частоты работы тетродов, — до 30…100 ГГц.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

На этом все! Теперь вы знаете все про туннельный диод , Помните, что это теперь будет проще использовать на практике. Надеюсь, что теперь ты понял что такое туннельный диод , принцип действия туннельного диода, вах туннельного диода, параметры туннельного диода, туннельные диоды и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Из статьи мы узнали кратко, но содержательно про туннельный диод
создано: 2014-10-12
обновлено: 2021-03-13
132625



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Термины: Электроника, Микроэлектроника , Элементная база