Diody tunelowe

Środa, Sierpień 15, 2011 Napisane przez Admin

Dioda tunelowa, zwana niekiedy diodą Esaki, została wynaleziona przez fizyka japońskiego Esaki w roku 1957. Przy badaniu złączy półprzewodnikowych odkrył on nową ich właściwość opartą na tzw. zjawisku tunelowym. Teoretycy mechaniki kwantowej i falowej przewidywali istnienie tego zjawiska już wiele lat przed jego odkryciem. Ze względu na złożoność samego zjawiska tunelowego pominiemy jego wyjaśnienie. Charakterystyczną cechą budowy diody tunelowej jest złącze p-n o małej grubości i bardzo dużej koncentracji domieszek po obu jego stronach. Zwiększa to prawdopodobieństwo przejścia nośnika prądu przez złącze. W wyniku zjawiska tunelowego już przy bardzo małych napięciach zaczyna się wędrówka nośników ładunku poprzez cienką warstwę zaporową. Jeżeli do takiej diody doprowadzi się napięcie w kierunku przewodzenia, wówczas można zauważyć najpierw pojawienie się wzrastającego prądu, i to dużo szybsze niż w zwykłej diodzie (rys. 1.18). Dzieje się tak dzięki istnieniu zjawiska tunelowego. Przy wzroście napięcia od około 50 mV do około 350 mV warunki przewodzenia stają się coraz bardziej nie sprzyjające i prąd maleje. W tym zakresie dioda tunelowa zachowuje się jak rezystancja ujemna, a po przekroczeniu „punktu doliny” prąd diody rośnie i jego charakterystyka pokrywa się z charakterystyką zwykłej diody. Bardzo cenną zaletą diody tunelowej jest jej stosunkowo mała wrażliwość na zmiany temperatury i promieniowanie radioaktywne oraz krótki czas przełączania. Inną cechą charakterystyczną diody tunelowej jest to, że nie występuje tu działanie zaporowe przy napięciu wstecznym. Odcinek charakterystyki prądowo-napięciowej diody tunelowej, w zakresie którego występuje rezystancja ujemna, jest oznaczony zwykle przez współrzędne dwóch punktów charakterystyki:
— punkt szczytu o współrzędnych Fp, Up,
—- punkt doliny o współrzędnych Uv.
Napięcia Up, Uv są zależne głównie od tego, z jakiego materiału została wykonana dioda.
Diody tunelowe są wykonywane zwykle z germanu lub arsenku galu. Diody tunelowe germanowe charakteryzują się małymi szumami i krótkim czasem przełączania. Diody z arsenku galu umożliwiają pracę większymi amplitudami napięcia, co pozwala na osiągnięcie około czterokrotnie większej mocy wyjściowej niż w diodach germanowych. Diody tunelowe są stosowane w szerokopasmowych wzmacniaczach sygnałów i w układach generacji częstotliwości powyżej 300 MHz. Znajdują one zastosowania w układach logicznych elektronicznych maszyn liczących i układach sterowniczo-kontrol- nych, w których spełniają funkcję szybkich przełączników impulsowych.