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Erstaunliches Halbleitergerät - Tunneldiode

Beim Studium des Mechanismus der Gleichrichtung einer VariablenIm Kontaktbereich zweier unterschiedlicher Medien - eines Halbleiters und eines Metalls - wurde die Hypothese aufgestellt, dass sie auf dem sogenannten Tunneleffekt von Ladungsträgern beruht. Zu dieser Zeit (1932) erlaubte das Entwicklungsniveau der Halbleitertechnologien jedoch nicht, die Vermutung durch Erfahrung zu bestätigen. Erst 1958 gelang es dem japanischen Wissenschaftler Esaki, dies brilliant zu bestätigen und die erste Tunneldiode zu schaffen. Aufgrund seiner erstaunlichen Eigenschaften (insbesondere Geschwindigkeit) hat dieses Gerät die Aufmerksamkeit von Spezialisten verschiedener technischer Gebiete auf sich gezogen. Hier ist es wichtig zu erklären, dass eine Diode ein elektronisches Gerät ist, das eine Kombination von zwei verschiedenen Materialien in einem einzelnen Fall mit verschiedenen Arten von Leitfähigkeit ist. Daher kann der elektrische Strom nur in einer Richtung hindurchtreten. Die Umpolung führt zu einem "Schließen" der Diode und einer Erhöhung ihres Widerstandes. Das Erhöhen der Spannung führt zu einem "Zusammenbruch".

Überlegen Sie, wie die Tunneldiode funktioniert. Die klassische Gleichrichterhalbleitervorrichtung verwendet Kristalle mit einer Menge an Verunreinigungen, die 10 nicht größer als 17 (-3 cm) ist. Und da dieser Parameter direkt mit der Anzahl der freien Ladungsträger zusammenhängt, stellt sich heraus, dass dieser niemals größer als der spezifizierte Grenzwert sein kann.

Es gibt eine Formel, die es uns erlaubt, die Dicke der Zwischenzone (den p-n-Übergang) zu bestimmen:

L = ((E * (Uk-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd) / (Na · Nd)) *

wobei Na und Nd die Anzahl der ionisierten Akzeptoren sindbzw. Spender; Pi-3.1416; q ist der Wert der Elektronenladung; U ist die Eingangsspannung; Uk ist der Potentialunterschied im Übergangsbereich; E ist der Wert der Dielektrizitätskonstante.

Die Konsequenz der Formel ist die Tatsache, dass fürDer p-n-Übergang der klassischen Diode ist durch eine geringe Feldstärke und eine relativ große Dicke gekennzeichnet. Damit Elektronen in die freie Zone gelangen, benötigen sie zusätzliche Energie (von außen kommend).

Die Tunneldiode verwendet in ihrer Konstruktionsolche Arten von Halbleitern, die den Gehalt an Verunreinigungen auf 10 auf die Stärke von 20 (-3 Zentimeter) ändern, was eine Größenordnung von den klassischen unterscheidet. Dies führt zu einer drastischen Verringerung der Dicke des Übergangs, zu einem starken Anstieg der Feldstärke im Bereich der p-n-Region und folglich zum Auftreten eines Tunnelübergangs, wenn das Elektron keine zusätzliche Energie benötigt, um in das Valenzband einzutreten. Dies liegt daran, dass sich das Energieniveau des Teilchens nicht ändert, wenn die Barriere passiert. Die Tunneldiode kann durch ihre Strom-Spannungs-Charakteristik leicht von herkömmlichen Dioden unterschieden werden. Dieser Effekt erzeugt eine Art von Splash - ein negativer Wert des differentiellen Widerstandes. Aus diesem Grund werden Tunneldioden häufig in Hochfrequenzgeräten verwendet (eine Verringerung der Dicke des p-n-Abstands macht ein solches Gerät zu einem Hochgeschwindigkeitsgerät), genaue Messgeräte, Generatoren und natürlich Computertechnologie.

Obwohl der Strom im Tunneleffekt in der Lage istin beide Richtungen fließen, mit einer direkten Verbindung der Diode, erhöht sich die Intensität in der Übergangszone, die Anzahl der Elektronen zu tunneln. Ein Anstieg der Spannung führt zum vollständigen Verschwinden des Tunnelstroms, und der Effekt tritt nur bei der gewöhnlichen diffusen Strahlung auf (wie bei klassischen Dioden).

Es gibt auch einen anderen Vertreter von ähnlichGeräte - die umgekehrte Diode. Es ist die gleiche Tunneldiode, aber mit veränderten Eigenschaften. Der Unterschied besteht darin, dass der Leitfähigkeitswert der Rückwärtsverbindung, bei der die übliche Gleichrichtereinrichtung „gesperrt“ ist, höher ist als in direkt ist. Die übrigen Eigenschaften entsprechen der Tunneldiode: Geschwindigkeit, geringes Eigenrauschen, die Fähigkeit, die variablen Komponenten zu richten.

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