10. Контакт вироджених n- та p- напівпровідників. Тунельний діоди, їх характеристики та параметри.

Туннельный эффект заключается в том, что эл. проходят через пот. барьер р-n перех., не изменяя своей энергии. Для получ. туннельного эффекта исп. п/п материал с очень большой конц. примесей (до 10²¹ см⁻³), в то время как обычно конц. примесей в п/п не превышает 10¹⁵ см⁻³.

Если к р-n переходу приложить небольшое прямое напр., то высота пот. барьера и перекрытие зон уменьш. (рис. б). Тем самым создаются благоприятные условия для туннельного перех. эл-нов из эл. п/п в дырочный. Поэтому через р-n переход потечет туннельный ток

.

На рис. 1 показана ВАХ р-n перехода с туннельным эффектом. Осн. ее особенность сост. в том, что при подаче прямого напр., превыш. некоторое напряжение U₁ прямой туннельный ток начинает резко убывать. Наличие падающ. участка хар-ки можно объяснить следующим образом. Увел. прямого напр., с одной стороны, приводит к увел. тун-нельного тока, а с другой,—уменьш. напряжен. эл. поля в р-n переходе. Поэтому при некотором значении прямого напр. U₂ , когда напряжен. эл. поля в р-n переходе резко снижается, тун. ток прекращ., а р-n переход приобретает обычные св-ва, связанные с прохождением ч-з него диффузионного тока Величина обратного тока зависит от величины обратного напр., с увел. кот. энергетические зоны n- и р-областей смещаются сильнее.

С ростом напряжения в интервале от U₁ до U₂ ток падает. Следовательно, на этом участке р-n переход оказывает переменному току некоторое отрицательное сопротивление .

Туннельным наз. п/п диод, в кот. исп. тун. механизм переноса нос. заряда ч-з р-n переход и в хар-ке кот. имеется область отрицательного дифференциального сопротивления.

Основными параметрами туннельных диодов

Пиковый ток I_max — прямой ток в точке максимума ВАХ (рис. 1).

Ток впадины I_min — прямой ток в точке минимума ВАХ.

Напряжение пика U₁ — прямое напряжение, соответствующее пиковому току.

Напряжение впадины U₂ — прямое напряжение, соот. min. току.

Напряжение раствора U₃—прямое напр. на второй восходящ. ветви при токе, = пиковому.

1

Емкость диода С_д — суммарная емкость перехода и корпуса диода при заданном напряжении смещения.

Обращённые диоды.

Диоды, в которых конц. примесей в р- и п-областях меньше, чем в тун. диодах, но больше, чем в обычных выпрямительных диодах. Уровень Ферми при такой средней концентрации примесей может быть расположен на потолке валентной зоны р-области и на дне зоны проводимости n-области диода, т. е. потолок валентной зоны р-области и дне зоны проводимости п-области при нулевом смещении на диоде находятся на одной высоте по энергетической диаграмме.

Обратная ветвь ВАХ обращ. диода аналогична обратной ветви ВАХ тун. диода, т. к. при обратных напр. Происходит туннелирование эл-нов из валентной зоны р-области в зону проводимости п-области. Поэтому обратные токи в обращенных диодах оказываются большими при ничтожно малых обратных напряжениях.

Прямая ветвь ВАХ обращ. диода аналогична прямой ветви ВАХ обычного выпрямительного диода, так как при прямых напряжениях на обращенном диоде прямой ток может быть образован только в результате инжекции носителей заряда через пот. барьер р-п-перехода. Но заметная инжекция может набл. только при прямых напр. в несколько десятых долей вольта. При меньших напряжениях прямые токи в обращенных диодах оказываются меньше обратных.

Т. о., обращ. диоды обладают выпрямляющим эффектом, но пропускное (проводящее) направление у них соответствует обратному включению, а запирающее (непроводящее) прямому включению.