Al estudiar el mecanismo de rectificación de una variableactual en el área de contacto de dos medios diferentes: un semiconductor y un metal, se supuso que se basa en el llamado efecto de túnel de los portadores de carga. Sin embargo, en ese momento (1932), el nivel de desarrollo de las tecnologías de semiconductores no nos permitió confirmar la suposición experimentalmente. Solo en 1958, el científico japonés Yesaki pudo confirmarlo brillantemente creando el primer diodo de túnel en la historia. Debido a sus sorprendentes cualidades (en particular, la velocidad), este dispositivo ha atraído la atención de especialistas en diversos campos técnicos. Vale la pena explicar aquí que un diodo es un dispositivo electrónico, que es una combinación de dos materiales diferentes con diferentes tipos de conductividad en un solo caso. Por lo tanto, una corriente eléctrica puede pasar a través de ella en una sola dirección. Un cambio en la polaridad conduce al "cierre" del diodo y a un aumento de su resistencia. Un aumento en el voltaje conduce a una falla.
Considere cómo funciona el diodo del túnel.Un dispositivo semiconductor rectificador clásico utiliza cristales con una cantidad de impurezas de no más de 10 a la potencia de 17 (-3 grados de centímetro). Y dado que este parámetro está directamente relacionado con el número de operadores de carga gratuita, resulta que este último nunca puede ser mayor que el límite especificado.
Hay una fórmula que le permite determinar el grosor de la zona intermedia (unión p-n):
L = ((E * (Uk-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd) / (Na * Nd)) * 1050000,
donde Na y Nd son el número de aceptadores ionizadosy donantes, respectivamente; Pi - 3.1416; q es el valor de la carga de electrones; U es el voltaje sumado; Reino Unido es la diferencia potencial en la sección de transición; E es la constante dieléctrica.
Una consecuencia de la fórmula es el hecho de que paraLa unión pn del diodo clásico se caracteriza por una baja intensidad de campo y un grosor relativamente grande. Para que los electrones caigan en la zona libre, necesitan energía adicional (comunicada desde el exterior).
El diodo del túnel utiliza en su diseño.tales tipos de semiconductores que cambian el contenido de impurezas a 10 al grado de 20 (-3 grados centímetro), que es un orden de magnitud diferente de los clásicos. Esto conduce a una disminución dramática en el grosor de la transición, un fuerte aumento en la intensidad de campo en la región de la región pn y, como consecuencia, la aparición de una transición de túnel, cuando el electrón no necesita energía adicional para entrar en la banda de valencia. Esto se debe a que el nivel de energía de la partícula no cambia cuando pasa a través de la barrera. El diodo de túnel es fácil de distinguir de los habituales por su característica de voltaje de corriente. El efecto indicado crea una especie de sobretensión: un valor negativo de la resistencia diferencial. Debido a esto, los diodos de túnel se usan ampliamente en dispositivos de alta frecuencia (la reducción del grosor de la brecha p-n hace que dicho dispositivo sea rápido), equipos de medición precisos, generadores y, por supuesto, tecnología informática.
Aunque la corriente en el efecto túnel es capaz deEl flujo en ambas direcciones, con una conexión directa del diodo, aumenta el voltaje en la zona de transición, reduciendo el número de electrones capaces de hacer túneles. Un aumento en el voltaje conduce a la desaparición completa de la corriente de túnel y el efecto es solo en la corriente difusa ordinaria (como en los diodos clásicos).
También hay otro representante de talesdispositivos - un diodo invertido. Es el mismo diodo de túnel, pero con propiedades modificadas. La diferencia es que el valor de conductividad en la conexión inversa, en la que el dispositivo rectificador ordinario "se cierra", es mayor que con el directo. Las propiedades restantes corresponden al diodo del túnel: velocidad, bajo ruido intrínseco, la capacidad de rectificar componentes variables.
