La studierea mecanismului de rectificare a variabileicurent în zona de contact dintre două medii diferite - un semiconductor și un metal, s-a emis ipoteza că se bazează pe așa-numitul efect de tunelare al purtătorilor de sarcină. Cu toate acestea, la acel moment (1932), nivelul de dezvoltare a tehnologiilor semiconductoare nu permitea confirmarea empirică a presupunerii. Abia în 1958, omul de știință japonez Esaki a reușit să o confirme strălucit prin crearea primei diode tunel. Datorită calităților sale uimitoare (în special viteza), acest dispozitiv a atras atenția specialiștilor din diverse domenii tehnice. Merită să explicăm aici că o diodă este un dispozitiv electronic care este o combinație într-o singură carcasă a două materiale diferite cu diferite tipuri de conductivitate. Prin urmare, curentul electric poate circula prin el doar într-o singură direcție. Inversarea polarității face ca dioda să se „închidă” și să-i crească rezistența. O creștere a tensiunii duce la o „defecțiune”.
Luați în considerare modul în care funcționează o diodă tunel.Un dispozitiv semiconductor redresor clasic folosește cristale cu nu mai mult de 10 impurități la puterea de 17 (putere de -3 centimetri). Și întrucât acest parametru este direct legat de numărul de transportatori cu taxă gratuită, se dovedește că acesta din urmă nu poate fi niciodată mai mare decât limita specificată.
Există o formulă care vă permite să determinați grosimea zonei intermediare (tranziția p-n):
L = ((E * (Uk-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd) / (Na * Nd)) * 1050000,
unde Na și Nd sunt numărul de acceptori ionizațiși, respectiv, donatori; Pi - 3,1416; q este valoarea sarcinii electronice; U este tensiunea furnizată; Regatul Unit - diferența de potențial la secțiunea de tranziție; E este constanta dielectrică.
O consecință a formulei este faptul că pentruJoncțiunea pn a unei diode clasice se caracterizează printr-o rezistență redusă a câmpului și o grosime relativ mare. Pentru ca electronii să intre în zona liberă, au nevoie de energie suplimentară (furnizată din exterior).
Dioda tunelului se folosește în proiectarea saastfel de tipuri de semiconductori care modifică conținutul de impurități până la 10 la puterea de 20 (-3 grade de centimetru), care este un ordin de mărime diferit de cele clasice. Acest lucru duce la o scădere dramatică a grosimii tranziției, la o creștere accentuată a intensității câmpului în regiunea p-n și, în consecință, la apariția unei tranziții de tunel, atunci când un electron nu are nevoie de energie suplimentară pentru a intra în banda de valență. Acest lucru se datorează faptului că nivelul de energie al particulei nu se schimbă pe măsură ce trece prin barieră. O diodă tunel poate fi ușor distinsă de diodele convenționale prin caracteristica sa de curent-tensiune. Acest efect creează un fel de stropire pe el - o valoare negativă a rezistenței diferențiale. Datorită acestui fapt, diodele tunel sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele de înaltă frecvență (o scădere a grosimii spațiului p-n face ca un astfel de dispozitiv să acționeze rapid), echipamente de măsurare de precizie, generatoare și, bineînțeles, tehnologia computerizată.
Deși curentul efectului tunel este capabilcurge în ambele direcții, cu conexiune directă a diodei, tensiunea în zona de tranziție crește, reducând numărul de electroni capabili să tuneleze. O creștere a tensiunii duce la dispariția completă a curentului de tunelare și efectul este doar asupra celui obișnuit difuz (ca în diodele clasice).
Există, de asemenea, un alt reprezentant al similaruluidispozitive - diodă inversată. Este aceeași diodă tunel, dar cu proprietăți modificate. Diferența este că valoarea conductivității pentru conexiunea inversă, în care un redresor convențional „se închide”, este mai mare decât pentru conexiunea directă. Restul proprietăților corespund unei diode tunel: viteză, zgomot intrinsec redus, capacitatea de a rectifica componentele alternative.
