Lors de l'étude du mécanisme de rectification d'une variablecourant dans la zone de contact de deux médias différents - un semi-conducteur et un métal, il a été émis l'hypothèse qu'il est basé sur ce que l'on appelle l'effet tunnel des porteurs de charge. Cependant, à cette époque (1932), le niveau de développement des technologies des semi-conducteurs ne nous a pas permis de confirmer la supposition expérimentalement. Ce n'est qu'en 1958 que le scientifique japonais Yesaki a pu le confirmer avec brio en créant la première diode tunnel de l'histoire. En raison de ses qualités étonnantes (en particulier la vitesse), cet appareil a attiré l'attention de spécialistes dans divers domaines techniques. Il convient d'expliquer ici qu'une diode est un appareil électronique, qui est une combinaison de deux matériaux différents avec différents types de conductivité dans un seul boîtier. Par conséquent, un courant électrique ne peut le traverser que dans une seule direction. Un changement de polarité entraîne la "fermeture" de la diode et une augmentation de sa résistance. Une augmentation de tension entraîne une panne.
Considérez le fonctionnement de la diode tunnel.Un dispositif semi-conducteur à redresseur classique utilise des cristaux avec une quantité d'impuretés ne dépassant pas 10 au degré 17 (-3 degrés centimètre). Et puisque ce paramètre est directement lié au nombre de porteurs gratuits, il s'avère que ces derniers ne peuvent jamais être supérieurs à la frontière spécifiée.
Il existe une formule qui vous permet de déterminer l'épaisseur de la zone intermédiaire (jonction p-n):
L = ((E * (Uk-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd) / (Na * Nd)) * 1050000,
où Na et Nd sont le nombre d'accepteurs ioniséset donateurs, respectivement; Pi - 3,1416; q est la valeur de la charge électronique; U est la tension sommée; Uk est la différence potentielle dans la section de transition; E est la constante diélectrique.
Une conséquence de la formule est le fait que, pourLa jonction pn de la diode classique est caractérisée par une faible intensité de champ et une épaisseur relativement importante. Pour que les électrons tombent dans la zone libre, ils ont besoin d'énergie supplémentaire (communiquée de l'extérieur).
La diode tunnel utilise dans sa conceptionces types de semi-conducteurs qui modifient la teneur en impuretés à 10 au degré de 20 (-3 degrés centimètre), ce qui est un ordre de grandeur différent des classiques. Cela entraîne une diminution spectaculaire de l'épaisseur de transition, une forte augmentation de l'intensité du champ dans la région pn et, par conséquent, l'apparition d'une transition tunnel lorsque l'électron n'a pas besoin d'énergie supplémentaire pour entrer dans la bande de valence. En effet, le niveau d'énergie de la particule ne change pas lors du passage à travers la barrière. La diode tunnel est facile à distinguer des diodes habituelles par sa caractéristique courant-tension. L'effet indiqué crée une sorte de surtension - une valeur négative de la résistance différentielle. Grâce à cela, les diodes à effet tunnel sont largement utilisées dans les appareils à haute fréquence (la réduction de l'épaisseur de l'écart p-n rend un tel appareil rapide), les équipements de mesure précis, les générateurs et, bien sûr, la technologie informatique.
Bien que le courant dans l'effet tunnel soit capable decirculer dans les deux sens, avec une connexion directe de la diode, la tension dans la zone de transition augmente, réduisant le nombre d'électrons capables de tunneliser. Une augmentation de la tension entraîne la disparition complète du courant tunnel, et l'effet n'est que sur le courant diffus ordinaire (comme dans les diodes classiques).
Il existe également un autre représentant de cesdispositifs - une diode inversée. C'est la même diode tunnel, mais avec des propriétés modifiées. La différence est que la valeur de conductivité à la connexion inverse, dans laquelle le dispositif de redressement ordinaire "se ferme", est plus élevée que celle avec le direct. Les propriétés restantes correspondent à la diode tunnel: vitesse, faible bruit intrinsèque, capacité à rectifier des composants variables.
