Dispositivo semicondutor surpreendente - diodo de túnel
Ao estudar o mecanismo de retificação de uma variávelatual na área de contato de dois meios diferentes - um semicondutor e um metal, uma hipótese foi avançada que é baseado no chamado efeito de tunelamento de portadores de carga. No entanto, na época (1932), o nível de desenvolvimento das tecnologias de semicondutores não nos permitiu confirmar o palpite por experiência. Somente em 1958, o cientista japonês Esaki conseguiu confirmá-lo brilhantemente, criando o primeiro túnel diodos. Devido às suas qualidades surpreendentes (em particular, velocidade), este dispositivo atraiu a atenção de especialistas de vários campos técnicos. Aqui vale a pena explicar que um diodo é um dispositivo eletrônico, que é uma combinação de dois materiais diferentes em um único caso com diferentes tipos de condutividade. Portanto, a corrente elétrica pode passar por ela em apenas uma direção. A inversão de polaridade leva a um "fechamento" do diodo e a um aumento em sua resistência. Aumentar a tensão leva à "quebra".
Considere como o diodo de túnel funciona. O dispositivo semicondutor de retificador clássico usa cristais com uma quantidade de impurezas que não excede 10 à potência de 17 (-3 centímetro). E como esse parâmetro está diretamente relacionado ao número de portadoras de carga livre, verifica-se que o último nunca pode ser maior que o limite especificado.
Existe uma fórmula que nos permite determinar a espessura da zona intermediária (a transição p-n):
L = ((E * (Uk-U)) / (2 * Pi * q)) * ((Na + Nd) / (Na * Nd)) *
onde Na e Nd são o número de aceitantes ionizadose doadores, respectivamente; Pi-3,1416; q é o valor da carga de elétrons; U é a tensão de entrada; Uk é a diferença de potencial na seção de transição; E é o valor da constante dielétrica.
A conseqüência da fórmula é o fato de que, paraA junção p-n do diodo clássico é caracterizada pela baixa intensidade de campo e uma espessura relativamente grande. Para que os elétrons entrem na zona livre, eles precisam de energia adicional (comunicada de fora).
O diodo de túnel usa em sua construçãoesses tipos de semicondutores, que alteram o teor de impurezas para 10 a potência de 20 (-3 centímetros), que é uma ordem de grandeza diferente das clássicas. Isto leva a uma redução drástica na espessura da transição, um aumento acentuado na força de campo na região da região p-n e, como conseqüência, o aparecimento de uma junção de túnel, quando o elétron não precisa de energia adicional para entrar na banda de valência. Isso ocorre porque o nível de energia da partícula não muda à medida que a barreira passa. O diodo de túnel pode ser facilmente distinguido dos convencionais por sua característica de tensão de corrente. Este efeito cria um tipo de respingo nele - um valor negativo da resistência diferencial. Devido a isso, os diodos de túnel são amplamente utilizados em dispositivos de alta frequência (uma diminuição na espessura da folga p-n torna tal dispositivo de alta velocidade), equipamentos de medição precisos, geradores e, é claro, tecnologia de computador.
Embora a corrente com um efeito de túnel possafluxo em ambas as direções, com uma conexão direta do diodo, a tensão na zona de transição aumenta, reduzindo o número de elétrons capazes de tunelamento. Um aumento na tensão leva ao desaparecimento completo da corrente de tunelamento e afeta apenas a corrente difusa usual (como nos diodos clássicos).
Há também outro representante de taisdispositivos - diodo reverso. Representa o mesmo diodo de túnel, mas com propriedades alteradas. A diferença é que o valor da condutividade na conexão reversa, na qual o dispositivo retificador comum “fecha”, é maior do que no direto. As propriedades remanescentes correspondem a um diodo de túnel: velocidade, baixo ruído próprio, capacidade de retificar os componentes variáveis.
