Туннельные и обращенные диоды
4.6. Туннельные и обращенные диоды
Туннельными являются полупроводниковые диоды, в которых используется туннельный эффект, приводящий к появлению на прямой ветви ВАХ участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (рис. 4.3). Они используются и в качестве сверхскоростных переключателей. Эти диоды изготовляют из сильнолегированных (вырожденных) арсенида галлия или германия. Ширина обедненного слоя р-n-перехода туннельных диодов из-за большой концентрации примеси очень мала (около 10 нм, т.е. в сотни раз меньше, чем у других диодов). Кроме того, уровни Ферми вырожденных областей находятся в зоне проводимости и валентной зоне. Теория и эксперимент показывают, что при обратных и небольших (около 100...200 мВ) прямых напряжениях появляется дополнительный ток, объясняемый квантовой природой туннельного эффекта. При этом эффекте частица (электрон) способна пройти сквозь потенциальный барьер без изменения своей энергии на свободный энергетический уровень.
На рис. 4.3 кроме ВАХ показаны зонные диаграммы, соответствующие характерным точкам ВАХ, и указаны направления движения носителей. При увеличении прямого напряжения туннельный ток вначале возрастает и достигает максимального значения. При дальнейшем увеличении туннельный ток убывает до нуля, но при этом начинает увеличиваться прямой ток, соответствующий инжекции носителей и определяемый прохождением над потенциальным барьером. Таким образом, прямой ток туннельного диода представляет собой сумму сначала нарастающего, а затем падающего до нуля при увеличении U туннельного тока и обычного, связанного с инжекцией, т.е. диффузионного тока. В результате этого на ВАХ появляется участок спада прямого тока (М-образная ВАХ). При подаче обратного напряжения туннельный обратный ток резко возрастает, приводя к туннельному пробою (см. § 3.5.3).
Туннельный эффект развивается за 10-14...10-13c, поэтому туннельные диоды могут использоваться на СВЧ. Частотный предел работы таких диодов ограничивается только собственными реактивностями (емкостями р-n-перехода и корпуса), а также индуктивностью вывода.
В лекции "Общее понятие о языке и речи" также много полезной информации.
Туннельный диод представляет собой полупроводниковый прибор, работающий при малых напряжениях (десятые доли вольта) и относительно небольших токах (единицы миллиампер).
При снижении степени легирования одной из областей сильнолегированного р-n-перехода туннельный эффект проявляется слабо и туннельный ток прямой ветви ВАХ становится незначительным. Диоды, обладающие большим туннельным обратным и малым туннельным прямым токами, называются обращенными (рис. 4.4) и используются в схемах переключения в наносекундном и пикосекундном диапазонах, а также для детектирования СВЧ-сигналов.
Основными параметрами ВАХ туннельных диодов являются:
· пиковый ток 
и ток впадины 
– прямые токи в точках максимума и минимума ВАХ, а также соответствующие этим токам напряжения пика 
и впадины 
;
· напряжение раствора (раскрыва) 
, при котором ток при увеличении прямого напряжения становится равным пиковому току ;
· отрицательное дифференциальное сопротивление 
(десятки – сотни ом). Для туннельных диодов из германия / =4...6, =40...100MB, =300...450 мВ, а из арсенида галлия / до 10 и выше, = 100...200 мВ, =400...600 мВ.
