Туннельные и обращенные диоды основные параметры и характеристики

Туннельный диод — это полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперной характеристике при прямом напряжении участка отрицательной дифференциальной проводимости.
Вольт-амперная характеристика (рис. 1а) содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (отношение приращения напряжения к приращению тока). Это позволяет использовать диод в усилителях и генераторах электрических колебаний, а также в разнообразных импульсных устройствах. Качество диода определяют протяженность и крутизна падающего участка А Б. Частотные свойства .диода, работающего на малых уровнях сигнала, на участке с отрицательным сопротивлением определяются параметрами элементов эквивалентной схемы (рис.1б). Активная составляющая полного сопротивления имеет отрицательный знак до частоты

Усиление и генерирование колебаний возможно на частотах, не превышающих f_R

.

Рис.1: a) Вольт-амперная характеристика туннельного диода, б) эквивалентная схема туннельного диода, в) Вольт-амперная характеристика обращенного диода.

Основные параметры туннельных диодов

Пиковый ток I_п — значение прямого тока в точке максимума вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором значение дифференциальной проводимости равно нулю.

Ток впадины I_в — значение прямого тока в точке минимума вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором значение диффзренциальной активной проводимости равно нулю.

Отношение токов туннельного диода I_п/I_в — отношение пикового тока к току впадины.

Напряжение пика U_п

— значение прямого напряжения, соответствующее пиковому току туннельного диода.

Напряжение впадины U_в — значение прямого напряжения, соответствующее току впадины туннельного диода.

Напряжение раствора U_рр — значение прямого напряжения на второй восходящей ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором ток равен пиковому.

Отрицательная проводимость g_пер — дифференциальная проводимость перехода на падающем участке прямой ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода.

Шумовая постоянная N_ш — величина, определяемая соотношением N_ш — 20lg I_рg_пер, где I

р — ток в рабочей точке, а g_пер — отрицательная проводимость туннельного диода.

Предельная резистивная частота f_R — значение частоты, на которой активная составляющая полного сопротивления туннельного диода на его выводах обращается в нуль.

Резонансная частота f₀ — значения частоты, на которой общее реактивное сопротивление p-n-перехода и индуктивности корпуса туннельного диода обращается в нуль.

Предельно допустимые параметры туннельных диодов:

• максимально допустимый прямой ток туннельного диода I_{пр max},
• максимально допустимый постоянный обратный ток I _{обр max},
• максимально допустимое постоянное прямое напряжение U_{пр max}.

Обращенные диоды

Обращенным называют полупроводниковый диод на основе полупроводника с критической концентрацией примеси, в котором проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении, а пиковый ток и ток впадины приблизительно равны.

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики обращенного диода (рис.1в) аналогична прямой ветви вольт-амперной характеристики выпрямительного диода. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики аналогична обратной ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода. Обратные токи в обращенных диодах большие при ничтожно малых обратных напряжениях (десятки милливольт) и значительно превосходят прямые токи в этой области напряжений. Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, но проводящее направление у них соответствует обратному включению, а запирающее — прямому. Туннельные диоды способны работать при очень малых сигналах. Основные параметры обращенных диодов те же, что и туннельных (кроме U

рр) (таблицы 1 и 2 см. ниже). Дополнительно задаются параметры обратной ветви вольт-амперной характеристики (напряжение при заданном обратном токе).

Таблица 1. Основные параметры туннельных диодов:

Таблица 2. Основные параметры обращенных диодов:

Тип диода	Пиковый ток, мА	Постоянное прямое напряжение, мВ	Постоянное обартное напряжение, мВ	Максимально допустимый постоянный прямой ток, мА	Максимально допустимый постоянный обратный ток, мА	Общая емкость диода, ПФ	Температура окружающей среды °C		Конструкция (номер рис.)
							От	До
ГИ401А	—	330	90	0,3	4	2,5	-55	+70	IV.20а
ГИ401Б	—	330	90	0,5	5,6	5	-55	+70	IV.20а
АИ402Б	0,1	600	250	0,05	1	4	-60	+85	IV.20в
АИ402Г	0,1	600	250	0,05	2	8	-60	+85	IV.20в
АИ402И	0,4	600	250	0,05	4	10	-60	+85	IV.20в
ГИ403А	0,1	350	120	10*	—	8	-40	+60	IV.20б

*Прямой импульсный ток.

рис. IV.20

отношение токов туннельного диода — это… Что такое отношение токов туннельного диода?

отношение токов туннельного диода

 

отношение токов туннельного диода
I_п/I_в
I_p/I_V
Отношение пикового тока к току впадины туннельного диода.
[ГОСТ 25529-82]

Тематики

• полупроводниковые приборы

Обобщающие термины

• туннельные диоды

EN

• peak to valley point current ratio

DE

• Höcker-Talstrom-Verhälthis der Tunneldiode

FR

• rapport de dénivellation du courant

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.

• отношение токов быстрого и медленного плавления (плавкого предохранителя)
• пусковое устройство первичного двигателя электроагрегата (электростанции)

Смотреть что такое «отношение токов туннельного диода» в других словарях:

• Отношение токов туннельного диода — 68. Отношение токов туннельного диода D. Höcker Talstrom Verhälthis der Tunneldiode E. Peak to valley point current ratio F. Rapport de dénivellation du courant Iп / Iв Отношение пикового тока к току впадины туннельного диода Источник: ГОСТ 25529 …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• отношение — 3.4 отношение IA/IN: Отношение начального пускового тока IА к номинальному току IN. Источник: ГОСТ Р 51330.8 99: Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 7. Защита вида e …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ 25529-82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров — Терминология ГОСТ 25529 82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров оригинал документа: 87. Временная нестабильность напряжения стабилизации стабилитрона D. Zeitliche Instabilitat der Z Spannung der Z… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• напряжение — 3.10 напряжение: Отношение растягивающего усилия к площади поперечного сечения звена при его номинальных размерах. Источник: ГОСТ 30188 97: Цепи грузоподъемные калиброванные высокопрочные. Технические условия …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ток — ((continuous) current carrying capacity ampacity (US)): Максимальное значение электрического тока, который может протекать длительно по проводнику, устройству или аппарату при определенных условиях без превышения определенного значения их… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Делитель напряжения — Делитель напряжения  устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи .[1] В качестве делителя напряжения обычно применяют регулируемые сопротивления (потенциометры). Можно представить как два участка цепи,… …   Википедия

• Стабилитрон — У этого термина существуют и другие значения, см. Стабилитрон (значения) …   Википедия

Диод Ганна — принцип работы, применение

Как известно диод – это двухвыводной полупроводниковый радиоэлектронный компонент, обладающий нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Это позволяет электрическому току течь только в одном направлении, при котором его сопротивление при прямом смещении очень мало (почти нулевое). И на оборот, в другом направлении нелинейная ВАХ не позволяет протекать току, так как она предполагает очень высокое сопротивление (бесконечно большое) при обратном смещении.

Диоды делятся на различные типы в зависимости от их характеристик и принципа работы. Они включают в себя обычный диод, диод Шоттки, диод Шокли, токоограничивающий диод, стабилитрон, светодиод, фотодиод, туннельный диод, варактор, лазерный диод, pin диод, элемент Пельтье, диод Ганна, и так далее.

В данной статье мы подробно рассмотрим принцип работы диода Ганна, характеристики и  применение диода Ганна на практике.

Что такое диод Ганна?

Диод Ганна принято рассматривать как один из видов диода, не смотря на то, что он фактически не имеет типичного для диода pn-перехода. Его еще называют прибором с объемной неустойчивостью.

Диод Ганна имеет отрицательное дифференциальное сопротивление и поэтому его часто применяют в качестве генератора малой мощности для формирования микроволн. Он состоит из полупроводника N-типа, в котором электроны являются основным носителем заряда. Для генерации коротких радиоволн, таких как сверхвысокие частоты (СВЧ) используют эффект Ганна.

Структура Диода Ганна

Центральная область, показанная на рисунке ниже — это активная область, которая представлена низколегированным слоем арсенида галлия (GaAs). С обеих сторон активной области наращиваются эпитаксиальные слои высоколегированного GaAs (N-типа) с толщиной примерно от 8 до 10 микрометров.

Активная часть зажата между двумя зонами имеющие омические контакты. Это позволяет обеспечить эффективный теплоотвод, помогающий избежать перегрева и преждевременного выхода диода из строя.

Эффект Ганна

Эффект Ганна был открыт Джоном Ганном в 1960-х годах. После его экспериментов на основе GaAs (Арсенид галлия), он обратил внимание на помехи, возникшие в результате этих опытов. Далее он использовал это для генерации электрических колебаний в диапазоне сверхвысоких частот в устойчивом электрическом поле, величиной больше чем пороговое значение.

Этот эффект Ганна можно определить как генерация СВЧ (частоты порядка нескольких ГГц) возникающая всякий раз, когда напряжение, прикладываемое к полупроводниковому прибору превышает его критическое пороговое значение.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Характеристики Диода Ганна

На графике ниже показана вольт-амперная характеристика диода Ганна в его отрицательной области сопротивления. Эта характеристика похожа на характеристику туннельного диода. Как видно из графика изначально по мере увеличения напряжения на диоде происходит увеличение тока, но после достижения определенного уровня напряжения (порогового значения), ток начинает уменьшаться. Та область, где ток падает, называется область отрицательного сопротивления.

СВЧ генератор на диоде Ганна

Диод Ганна используются для построения генераторов микроволн с частотами в диапазоне от 10 ГГц до ТГц. Это устройство, имеющее отрицательное дифференциальное сопротивление (NDR -Negative Differential Resistance) – также называемого как прибор переноса электронов — является колебательным контуром, состоящий из диода Ганна и подаваемого на него постоянного напряжения смещения (в области отрицательного сопротивления).

Благодаря этому, суммарное дифференциальное сопротивление цепи становится равным нулю, так как отрицательное сопротивление диода сокращается при положительном сопротивлении цепи, что приводит к возникновению колебаний.

Диод Ганна — принцип работы

Этот диод сделан из цельного куска полупроводника N-типа, такого как Арсенид Галлия (GaAs) или Фосфид Индия (InP). Диод Ганна состоит из трех энергетических областей, и эта дополнительная третья область на начальном этапе пуста.

Электроны из зоны проводимости, имеющие ничтожно малое удельное электрическое сопротивление, перемещаются в третью область, поскольку они рассеиваются от приложенного к диоду напряжения. Третья область из GaAs имеет подвижность, которая меньше, чем в зоне проводимости.

Из-за увеличения прямого напряжения увеличивается напряженность поля (приложенное напряжение превышает пороговое значение напряжения), вследствие чего электроны достигают состояния, при котором их эффективная масса увеличивается, а скорость уменьшается, что приводит в конечном итоге к снижению тока.

Следовательно, если напряженность поля увеличивается, то скорость дрейфа будет уменьшаться, при этом создается отрицательное добавочное сопротивление в VI зоне. Таким образом, увеличение напряжения увеличит сопротивление, путем возникновения на катоде так называемого домена сильного поля, который движется и достигает анода.

При достижении анода, домен разрушается, и ток вновь возрастает. При поддержании постоянного значения напряжения, на катоде вновь будет возникать новый домен и все повторится вновь. Частота повторения этого процесса связана с толщиной слоя полупроводника (GaAs), и чем больше его толщина, тем меньше частота повторений.

 Применение диода Ганна

Диод Ганна используется в следующих областях:

• в генераторах Ганна для генерации частот в диапазоне от 5 ГГц  до 35 ГГц  на выходе. Генератор Ганн используются в радиосвязи, в военных и коммерческих радиолокационных установках.
• в железнодорожной сфере в качестве датчиков для выявления нарушителей, в целях предотвращения крушения поездов.
• в качестве эффективных генераторов СВЧ в диапазоне частот до сотен ГГц.
• в детекторах дистанционного измерения вибраций и измерении скорости вращения в тахометрах.
• в качестве СВЧ генератора тока (импульсный генератор на диоде Ганна).
• в передатчиках СВЧ для генерации СВЧ-радиоволн при очень малых мощностях.

А так же в датчиках открывания дверей, устройствах управления процессами, охрана периметра, системы безопасности пешеходов, датчиках уровня, в датчиках измерения влажности и в охранных системах.

диод схема,диод справочник,Справочник по диод

диод справочник,характеристики,параметры,принцип,справочник,характеристики, схема диод, Справочник по диод.

Варикапы , Стабилитроны , PIN диод , Лавинно-пролётный диод , Туннельные диоды , Диод с резким восстановлением , Диод Шоттки , демпферные диоды , Переходных скачков напряжения диодов , Однопереходный транзистор , Светодиоды , Детекторные диоды , Выпрямительный диод , Ограничитель Диод , Диоды модуляции , Смеситель(электроника) , Диод переключения , Диоды Ганна , Лазерный диод , Фотодиод , Стабистор ,

Последний диод Datasheet

• Наименование
• Производитель
• Описание

• JANTX1N5537AUR
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537AUR-1
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537B
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537B-1
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537BUR
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537BUR-1
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537C
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537C-1
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537CUR
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537CUR-1
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537D
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537D-1
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537DUR
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537DUR-1
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537UR
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5537UR-1
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5538
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5538-1
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5538A
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

• JANTX1N5538A-1
• MICROSEMI[Microsemi Corporation]  
• (LEADLESS PACKAGE SURFACE MOUNT ZENER DIODE, 500mW ) 

Варикапы, туннельные, свч диоды

Варикапы, туннельные, свч диоды

ВАРИКАПЫ	Цена
КВ102Б	10,00 ₽
КВ103А	10,00 ₽
КВ103Б	10,00 ₽
КВ104В	10,00 ₽
2В105А	10,00 ₽
КВ106А	10,00 ₽
КВ106Б	10,00 ₽
КВ109А	10,00 ₽
КВ109Г	10,00 ₽
КВ110В	10,00 ₽
КВ110Д	10,00 ₽
КВ115А	10,00 ₽
КВ119А	10,00 ₽
КВ121А	10,00 ₽
КВ121Г	10,00 ₽
КВ122А	10,00 ₽
КВ122Б	10,00 ₽
КВ123А	10,00 ₽
КВ125А	12,00 ₽
КВ127А	10,00 ₽
КВ131А	10,00 ₽
КВ132	10,00 ₽
2В133А	250,00 ₽
КВ134А	10,00 ₽
КВ139А	10,00 ₽
КВС111А	20,00 ₽
КВС111Б	40,00 ₽
Д901А	НЕТ
Д901Б	НЕТ
Д901В	НЕТ
Д901Г	НЕТ
Д901Д	НЕТ
Д901Е	НЕТ
Д902	10,00 ₽
диоды
2А104АРОС	40,00 ₽
2А201А	150,00 ₽
2А203А	900,00 ₽
2А505А	40,00 ₽
2А506Е	40,00 ₽
2А510Б	40,00 ₽
2А511А	40,00 ₽
2А604А	40,00 ₽
2А120	40,00 ₽
КА507А*	200,00 ₽
2А509Б*	380,00 ₽
2А517А–2	40,00 ₽
2Д528В	40,00 ₽
2Н101В	50,00 ₽
КА602Е	50,00 ₽
КА611Б-1	50,00 ₽
3А112А	40,00 ₽
3А206А–6	40,00 ₽
3А539А	100,00 ₽
1А401А	40,00 ₽
АД110А	40,00 ₽
АД516А	40,00 ₽
АИ101А	40,00 ₽
АИ201	40,00 ₽
АИ202	40,00 ₽
АИ301А	40,00 ₽
АИ301В	40,00 ₽
АИ301Б	40,00 ₽
АИ301Г	40,00 ₽
АИ306А	40,00 ₽
АИ306Б	40,00 ₽
АИ306В	40,00 ₽
АИ306Г	40,00 ₽
АИ306Е	40,00 ₽
АИ306К	40,00 ₽
3И306Л	40,00 ₽
3И306М	40,00 ₽
3И306Н	40,00 ₽
3И306С	40,00 ₽
АИ308Б	140,00 ₽
АИ402	40,00 ₽
ГД107Б	40,00 ₽
ГД402	40,00 ₽
ГД507А	10,00 ₽
ГД508А	10,00 ₽
ГД511Б	40,00 ₽
ГД511В	40,00 ₽
ГИ103А	40,00 ₽
ГИ103Г	40,00 ₽
ГИ304А	40,00 ₽
ГИ305А	40,00 ₽
ГИ305Б	40,00 ₽
ГИ307	40,00 ₽
1И308Б	140,00 ₽
2Г401Б	300,00 ₽
ГИ401 (1И401А/Б)	300,00 ₽
ДК–В1	40,00 ₽
ДК–В2	40,00 ₽
ДК–В3	40,00 ₽
ДК–В4	40,00 ₽
Д401	40,00 ₽
Д405	40,00 ₽
Д603	40,00 ₽
Д604	40,00 ₽
Д605	40,00 ₽
Д609	40,00 ₽
Д944	40,00 ₽
ДК–С2М	40,00 ₽
ДК–И2М	40,00 ₽
Д–3Б	40,00 ₽

Диод — полупроводниковый элемент. Принцип работы, устройство и разновидности.

Диод (Diode -eng.) – электронный прибор, имеющий 2 электрода, основным функциональным свойством которого является низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную.

То есть при передаче тока в одну сторону он проходит без проблем, а при передаче в другую, сопротивление многократно увеличивается, не давая току пройти без сильных потерь в мощности. При этом диод довольно сильно нагревается.

Диоды бывают электровакуумные, газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые. Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.

 

Конструкция диодов.

Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния или германия), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электронов («дырочная»)), другая обладает электропроводимостью n-типа, то есть отдающей электроны (содержащей избыток электронов («электронной»)).

Слой между ними называется p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах negative — «отрицательный», и positive — «положительный». Сторона p-типа, у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода.

 

Электровакуумные (ламповые) диоды, представляют собой лампу с двумя электродами внутри, один из которых имеет нить накаливания, таким образом подогревая себя и создавая вокруг себя магнитное поле.

При разогреве, электроны отделяются от одного электрода (катода) и начинают движение к другому электроду (аноду), благодаря электрическому магнитному полю. Если направить ток в обратную сторону (изменить полярность), то электроны практически не будут двигаться к катоду из-за отсутствия нити накаливания в аноде. Такие диоды, чаще всего применяются в выпрямителях и стабилизаторах, где присутствует высоковольтная составляющая.

Диоды на основе германия, более чувствительны на открытие при малых токах, поэтому их чаще используют в высокоточной низковольтной технике, чем кремниевые.

 

Типы диодов:

• · Смесительный диод — создан для приумножения двух высокочастотных сигналов.

• · pin диод — содержит область проводимости между легированными областями. Используется в силовой электронике или как фотодетектор.

• · Лавинный диод — применяется для защиты цепей от перенапряжения. Основан на лавинном пробое обратного участка вольт-амперной характеристики.

• · Лавинно-пролётный диод — применяется для генерации колебаний в СВЧ-технике. Основан на лавинном умножении носителей заряда.

• · Магнитодиод. Диод, характеристики сопротивления которого зависят от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода.

• · Диоды Ганна. Используются для преобразования и генерации частоты в СВЧ диапазоне.

• · Диод Шоттки. Имеет малое падение напряжения при прямом включении.

• · Полупроводниковые лазеры.

Применяются в лазеростроении, по принципу работы схожи с диодами, но излучают в когерентном диапазоне.

• · Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием светового излучения. Применяются в датчиках света, движения и т.д.

• · Солнечный элемент (вариация солнечных батарей). При попадании света, происходит движение электронов от катода к аноду, что генерирует электрический ток.

• · Стабилитроны — используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.

• · Туннельные диоды, использующие квантовомеханические эффекты. Применяются как усилители, преобразователи, генераторы и пр.

• · Светодиоды (диоды Генри Раунда, LED). При переходе электронов, у таких диодов происходит излучение в видимом диапазоне света.

Для данных диодов используют прозрачные корпуса для возможности рассеивания света. Также производят диоды, которые могут давать излучение в ультрафиолетовом, инфракрасном и других требуемых диапазонах (в основном, литографической и космической сфере).

• · Варикапы (диод Джона Джеумма) Благодаря тому, что закрытый p—n-переход обладает немалой ёмкостью, ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов с переменной ёмкостью.

Справочник по полупроводниковым приборам Е. А. Москатов — 15 Января 2015 — Блог

Справочник по полупроводниковым приборам Е. А. Москатов 

Студентам, радиолюбителям, техникам может очень помочь этот большой справочник по диодам, стабилитронам, светодиодам, варикапам, туннельным диодам, тиристорам, биполярным и полевым транзисторам, микросхемам. В него включён большой объём данных, соизмеримый с крупными печатными изданиями — самыми дорогими техническими книгами. А данный справочник можно использовать бесплатно. В основу справочника положены федеральные технические условия, а не чужой справочник. Информация предлагаемого справочника перепроверялась по трём другим справочникам и была подтверждена. Поэтому ей можно доверять. А это и для платных книг — редкость. Рисунки цоколёвок, статических входных и выходных характеристик транзисторов вычерчены векторной графикой, что позволило Вам скачать маленький по размеру файл. Статус лицензии — freeware.

Внимание! Замеченные ошибки. В первом издании на стр. 93 на рисунке 1 должен быть не Iэ, а Iб. Во 2-ом издании на стр. 110 на рисунке 1 должен быть не Iэ, а Iб.

Содержание книги

-Основные стандарты на полупроводниковые приборы

-Классификация диодов

-Классификация транзисторов

-Классификация микросхем

-Список принятых сокращений

-Диоды выпрямительные

-Диодные сборки

-Светодиоды

-Семисегментные индикаторы

-Оптроны

-Стабилитроны

-Варикапы

-Туннельные диоды

-Тиристоры

-Тиристоры импульсные

-Диодные тиристоры

-Оптотиристоры

-Биполярные транзисторы

-Однопереходные транзисторы

-Двухэмиттерные транзисторы

-Фототранзисторы

-Полевые транзисторы

-Рисунки цоколёвок транзисторов

-Интегральные микросхемы

-Микросхемные стабилизаторы напряжения

-Операционные усилители

-Микросхемы серии К174

-Цифровые микросхемы

-Рисунки цоколёвок микросхем

-Номера ТУ некоторых приборов

-Расшифровка кодов некоторых тиристоров, транзисторов и ИМС стабилизаторов

-Расшифровка кодов некоторых диодов

 

Скачать справочник 1.86 мб

зеркало

 

Esaki СВЧ диод »Электроника

Туннельный диод используется во многих микроволновых устройствах, где его можно использовать в генераторах и усилителях.

---

Учебное пособие по туннельному диоду Включает:
Туннельный диод Теория туннельных диодов Структура устройства туннельного диода Обратный диод

Другие диоды: Типы диодов

---

Туннельный диод — это тип полупроводникового диода СВЧ, который может использоваться в генераторах, а также в усилителях.

Вместо того, чтобы использовать стандартную физику обычного PN перехода, туннельный диод использует квантово-механический эффект, называемый туннелированием, от которого он и получил свое название.

Эффект туннелирования придает туннельному диоду область отрицательного сопротивления, что позволяет использовать его в качестве генератора, а также в устройствах предварительного усилителя на частотах, лежащих далеко от микроволнового диапазона.

Хотя туннельные диоды сегодня не так широко используются, их все же можно использовать в большом количестве ВЧ-приложений.Они использовались в генераторах входных каскадов телевизионных приемников, схемах запуска осциллографов и т. Д. Они показали, что имеют очень долгий срок службы и могут обеспечивать очень высокий уровень производительности при использовании в качестве предварительного усилителя ВЧ.

Однако сегодня применения туннельных диодов менее распространены, потому что три оконечных устройства часто могут предложить лучший уровень производительности во многих областях.

Обнаружение туннельного диода

Туннельный диод был открыт в 1958 г. японским доктором наук.Студент-исследователь по имени Эсаки в 1958 году. он исследовал свойства и характеристики сильно легированных германиевых переходов для использования в высокоскоростных биполярных транзисторах.

Esaki произвел несколько сильно легированных переходов для быстродействующих биполярных транзисторов. Когда он тестировал и использовал эти устройства, он обнаружил, что они создают колебания на сверхвысоких частотах в результате туннельного эффекта.

Эсаки получил Нобелевскую премию по физике в 1973 г. за работу над туннельным диодом.

После работы Эсаки другие исследователи продемонстрировали, что другие материалы также демонстрируют туннельный эффект. Холоняк и Леск продемонстрировали устройство на арсениде галлия в 1960 году, а другие продемонстрировали индийское олово, а затем в 1962 году эффект был продемонстрирован в материалах, включая арсенид индия, фосфид индия, а также кремний.

Обозначение цепи туннельного диода

Символ туннельного диода, используемый на принципиальных схемах, основан на используемом основном символе диода. Чтобы отличить символ туннельного диода от стандартного символа диода, к полосе символа цепи добавлены дополнительные хвосты.

Обозначение схемы туннельного диода

Достоинства и недостатки

Туннельный диод в наши дни не так широко используется, как когда-то. С улучшением характеристик других форм полупроводниковой технологии они часто становятся предпочтительным вариантом. Тем не менее, все же стоит взглянуть на туннельный диод, учитывая его преимущества и недостатки, чтобы понять, является ли он жизнеспособным вариантом.

Преимущества

• Очень высокая скорость: Высокая скорость работы означает, что туннельный диод может использоваться для СВЧ-приложений.
• Долговечность: Были проведены исследования туннельного диода, и было показано, что его характеристики остаются стабильными в течение длительных периодов времени, когда другие полупроводниковые устройства могли выйти из строя.

Недостатки

• Воспроизводимость: Невозможно создать туннельный диод с такой воспроизводимой характеристикой, которая часто требуется.
• Низкое соотношение между пиковым и минимальным токами: Область отрицательного сопротивления и ток от пика до минимума не так высок, как часто требуется для обеспечения уровней производительности, которые могут быть достигнуты с другими устройствами.

Одной из основных причин раннего успеха туннельного диода была его высокая скорость работы и высокие частоты, с которыми он мог работать. Это произошло из-за того, что в то время как многие другие устройства замедляются из-за присутствия неосновных носителей, туннельный диод использует только основные носители, то есть дырки в материале n-типа и электроны в материале p-типа. Неосновные носители замедляют работу устройства и, как следствие, их скорость ниже. Кроме того, эффект туннелирования по своей природе очень быстрый.

Туннельный диод в наши дни используется редко, и это связано с его недостатками. Во-первых, у них только низкий туннельный ток, а это значит, что они маломощные. Хотя это может быть приемлемо для усилителей с низким уровнем шума, это является значительным недостатком, когда они используются в генераторах, поскольку требуется дополнительное усиление, и это может быть выполнено только устройствами, которые имеют более высокую мощность, то есть не туннельными диодами. Третий недостаток состоит в том, что это проблемы с воспроизводимостью устройств, приводящие к низким выходам и, следовательно, к более высоким производственным затратам.

Приложения

Хотя туннельный диод казался многообещающим несколько лет назад, вскоре его заменили другие полупроводниковые устройства, такие как IMPATT-диоды для генераторов и полевые транзисторы при использовании в качестве усилителя. Тем не менее туннельный диод является полезным устройством для определенных приложений.

Одна из областей, где туннельный диод может быть успешно использована, — это военное и другое оборудование, которое может подвергаться воздействию магнитных полей, высокой температуры и радиоактивности. Туннельный диод более устойчив к воздействию этих сред и, как таковой, все еще может быть полезен.

Еще одно преимущество туннельного диода, которое начинает открываться, — это его долговечность и надежность. После изготовления его характеристики остаются стабильными в течение длительного периода времени, несмотря на то, что его использование в случаях, когда другие устройства могут выйти из строя или выйти из строя.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы ВЧ разъемы Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Туннельные диоды — обзор

5.2.2.2 Сверхпроводимость нецентросимметричного LaNiC

₂

Первоначальный отчет о сверхпроводимости в LaNiC ₂ Ли и др. [335], основанные на данных по электросопротивлению, магнитной восприимчивости и теплоемкости, выявили объемный сверхпроводящий фазовый переход при Тл _c ≈ 2,63–2,86 К и указали на степенную температурную зависимость теплоемкости сверхпроводящего состояния без БКШ. , C _с ( T ) ~ 3.5 γ T _c ( T / T _c ) ³ для T _c /2, при γ = 7,83 Дж / моль / K ² . Утверждение о степенной зависимости C _s ( T ) было позже оспорено исследованием высококачественных монокристаллических образцов LaNiC ₂ (выращенных для измерений де Хааса – ван Альфена), которые обнаружен тип BCS C _s ( T ) ∝ exp (- Δ (0) / T ) с 2 Δ / k _B T _c = 2.9 ( T _c = 2,70–2,75 К) [341]. Поведение типа BCS подтверждается микроскопическим исследованием La-NQR ¹³⁹ [342], в котором сообщается о 1/ T ₁ ∝ exp (- 3,34 k _B T _c / T ), т.е. 2 Δ / k _B T _c = 3,34. Другой, более поздний отчет об удельной теплоемкости и глубине магнитного проникновения (с помощью метода TDO) поликристаллического LaNiC ₂ представил аргументы в пользу двухщелевой сверхпроводимости с 2 Δ ₁ / k _B T _c ~ 4 и 2 Δ ₂ / k _B T _c ~ 2.4 [343], тогда как предыдущее исследование глубины магнитного проникновения LaNiC ₂ (также основанное на методе TDO и поликристаллических образцах) Bonalde et al. [344] предложили структуру узлового зазора.

Одной из причин этих разногласий в отчетах, конечно, могут быть внутренние различия, например, в отношении стехиометрии углерода, но есть и другие возможные причины, такие как разные уровни магнитных примесей и, скорее всего, небольшие доли несверхпроводящих примесных фаз.Соответственно, характеристики нормального состояния, такие как сообщенные значения Sommerfeld γ для LaNiC ₂ , демонстрируют некоторые отклонения за пределами экспериментальных погрешностей от 6,5 (2) Дж / моль / K ² [345] и монокристаллический значение от 6,7 Дж / моль / K ² [341] до 7,7 Дж / моль / K ² [343].

Электронная структура и электрон-фононное взаимодействие LaNiC ₂ были изучены с помощью различных ab initio подходов. Субеди и Сингх [346] пришли к выводу, что LaNiC ₂ представляет собой обычный электрон-фононный сверхпроводник с промежуточной связью, в котором основной вклад в связь вносят две низкочастотные несвязывающие-растягивающие моды C, одна из которых имеет сильные конские аномалии.Соответственно, они ожидали, что параметр порядка LaNiC ₂ будет по существу s-волновым типом с некоторой смесью p-волнового характера из-за отсутствия инверсионной симметрии. Хасе и Янагисава [347] использовали аналогичный подход для расчета зонной структуры, но дополнительно вычислили расщепление зон из-за ASOC. Они предложили довольно простую ПФ, состоящую только из одного большого листа и одного маленького эллипсоидального электронного кармана (если не учитывать ASOC). Они оценивают расщепление полосы из-за ASOC примерно в 42 мэВ.Соответствующие исследования де Хааса – ван Альфена, проведенные Hirose et al. [341], по сути, подтвердили, что эти ab initio результаты экспериментально, однако, показали заметно меньшее расщепление двух эллипсоидальных листов FS всего на 20 мэВ.

Характеристики состояния типа II LaNiC ₂ , определенные из монокристаллических исследований, представляют собой объемный μ ₀ H _c2 (0) ≈ 0,2 T, определенный из измерений удельной теплоемкости и, вероятно, связанное с поверхностью значение μ ₀ H _c2 (0) ≈ 0.6 Тл, полученное при исследовании удельного сопротивления. Последние обнаруживают довольно слабую анизотропию ориентации кристалла во внешнем поле [341].

Есть два довольно необычных экспериментальных наблюдения, указывающих на нетрадиционную природу электронного и сверхпроводящего состояния LaNiC ₂ . Первое, появление спонтанных магнитных полей ниже Тл _c = 2,7 К, было продемонстрировано Hillier et al. [348] с помощью измерений спиновой релаксации мюонов в нулевом поле.Возникновение спонтанных сверхтоков (например, на границах зерен, где параметр порядка неоднороден) означает нарушение симметрии сверхпроводящего параметра порядка относительно обращения времени [349]. Подробный анализ разрешенных симметрией состояний спаривания, которые могут демонстрировать нарушение симметрии относительно обращения времени в нецентросимметричной пространственной группе Amm 2, был проведен Quintanilla et al. [350] и исключает обычное спаривание синглетов с небольшими примесями спаривания триплетов.Скорее, они предложили неунитарное состояние спаривания триплетов с невырожденными состояниями спаривания с разными критическими температурами, которые, однако, в случае достаточно слабого ASOC могут быть экспериментально неразличимы. О появлении спонтанной намагниченности порядка 10 ^-5 Гс вдоль направления оси c монокристаллов LaNiC ₂ при измерениях намагниченности в нулевом поле впоследствии сообщили Sumiyama et al. [351]. Это наблюдение является дополнительным доказательством взаимосвязи между нарушением симметрии относительно обращения времени сверхпроводящего параметра порядка и нецентросимметрией кристаллической структуры, в которой отсутствует инверсионная симметрия вдоль оси c .Связанное с этим теоретическое исследование Янагисавы и Хасе [352], использующее вариационный метод Монте-Карло, пришло к выводу, что неунитарное состояние с нарушением симметрии обращения времени возникает в результате ограничений ASOC и теории групп.

Вторая довольно необычная особенность LaNiC ₂ была обнаружена Катано и др. В ходе исследований сверхпроводящего T _c и электрического сопротивления в нормальном состоянии, ρ ( T ), при высоком давлении. [353].Они сообщают о значительном начальном увеличении T _c со скоростью от 0,25 К / ГПа до 3 ГПа и быстром падении T _C выше примерно 5 ГПа, после чего сверхпроводимость, по-видимому, полностью подавляется, т. Е. , T _c ( p ) отображает куполообразную зависимость давления. Прямо при давлении 5 ГПа, где T _c начинает заметно падать, удельное сопротивление в нормальном состоянии начинает показывать аномальный горб при температуре около 100 К и выше.Этот горб имеет тенденцию смещаться с увеличением давления в сторону более высокой температуры со скоростью 51,5 К / ГПа. Таким образом, фазовая диаграмма T vs p похожа (только в обратном направлении относительно оси давления) на диаграмму некоторых сильно коррелированных систем, таких как, например, CeP ₂ Si ₂ и CeIn ₃ [354]. Однако в случае парамагнетика Паули LaNiC ₂ магнитные степени свободы, очевидно, не имеют значения. Аномалия удельного сопротивления в нормальном состоянии LaNiC ₂ может каким-то образом быть связана с возможностью отображения нестабильности ВЗП, о которой сообщалось для нескольких родственных соединений RNiC ₂ с R = Pr – Tb, где температуры упорядочения ВЗП систематически увеличиваются с уменьшением объема элементарной ячейки [355,356 ].Однако реакция команды CDW на приложенное давление обычно имеет тенденцию к подавлению, то есть противоположна эволюции давления соответствующей аномалии в LaNiC ₂ . Соответственно, Katano et al. [353] пришли к выводу, что новое состояние с высокоэнергетическим масштабом возникает при p ≥ 5 ГПа и, таким образом, указывает на сильно коррелированное электронное состояние LaNiC ₂ , вопреки более ранним ожиданиям LaNiC ₂ как довольно простой металл. Реакция на давление LaNiC ₂ также была теоретически проанализирована Wiendlocha et al.[357] путем объединения вычислений электронной структуры методом DFT с формализмом s-волны Элиашберга. Их результаты предполагают увеличение T _c с увеличением давления, как это наблюдается экспериментально, но не могут объяснить подавление T _c выше 5 ГПа, что, таким образом, является результатом механизма, который не рассматривается. по их подходу.

Другой категорией экспериментальных исследований LaNiC ₂ являются химические замещения, которые подходят для предоставления дополнительной информации к приведенным выше прямым исследованиям свойств сверхпроводящего состояния.Замена трехвалентного La на четырехвалентный Th в твердых растворах La _{1 — x} Th _x NiC ₂ подразумевает электронное легирование в зону проводимости и приводит к заметному увеличению T _c вверх до 7,9 К для x = 0,5, что совпадает с минимумом параметра решетки c этого ряда твердых растворов [358,359]. Эффект легирования Th был теоретически проанализирован Хасе и Янагисавой [347], но их результаты не могли дать прямого объяснения экспериментальной вариации T _c в La _{1 — x} Th _x NiC ₂ и соответствующий твердый раствор Y _{1 — x} Th _x NiC ₂ [360].Умеренное увеличение T _c было также достигнуто за счет замещения углерода / азота в LaNiC _{2 — δ} N _x [360], в то время как замещение La магнитными ионами Ce в La _{1 — x} Ce _x NiC ₂ , несмотря на довольно малый фактор де Жена церия, приводит к полному подавлению сверхпроводимости всего на 2 ат.% [361]. Этот сильный эффект разрушения пар связан с кондо-физикой ионов Ce (см. Раздел 5.3.3 для обсуждения CeNiC ₂ ), который имеет тенденцию вызывать особенно сильные эффекты разрыва пары [362, 363].

Туннельный диод

Туннельный диод или Диод Эсаки — это тип полупроводникового диода, который способен очень быстро работать в микроволновом диапазоне частот за счет использования квантово-механических эффектов.

Он был изобретен в 1958 году Лео Эсаки, который в 1973 году получил Нобелевскую премию по физике за открытие эффекта электронного туннелирования, используемого в этих диодах.

Эти диоды имеют сильно легированный p-n переход шириной всего около 10 нм (100 Å). Сильное легирование приводит к нарушенной запрещенной зоне, где состояния зон проводимости на n-стороне более или менее выровнены с состояниями валентной запрещенной зоны на p-стороне.

Туннельные диоды производились General Electric и другими компаниями примерно с 1960 года и до сих пор производятся в небольших количествах. [ http://www.eetimes.com/special/special_issues/millennium/milestones/holonyak.html «Туннельные диоды, убийцы транзисторов», EE Times, получено 7 апреля 2008 г.] ] Туннельные диоды обычно делают из германия, но также может быть изготовлен из арсенида галлия и кремния.Их можно использовать как генераторы, усилители, преобразователи частоты и детекторы. [ Fink, стр. 7-35 ]

Прямое смещение

При нормальном прямом смещении, когда напряжение начинает расти, электроны сначала туннелируют через очень узкий барьер pn-перехода, потому что заполненные электронные состояния в зоне проводимости на n-стороне становятся выровненными с пустыми дырочными состояниями валентной зоны на p-стороне pn перехода. При дальнейшем увеличении напряжения эти состояния становятся более смещенными, и ток падает & mdash; это называется «отрицательным сопротивлением», потому что ток уменьшается с увеличением напряжения.При дальнейшем увеличении напряжения диод начинает работать как обычный диод, где электроны перемещаются за счет проводимости через pn-переход, а не за счет туннелирования через барьер pn-перехода. Таким образом, наиболее важной рабочей областью туннельного диода является область отрицательного сопротивления.

Операция обратного смещения

При использовании в обратном направлении они называются задними диодами и могут действовать как быстрые выпрямители с нулевым напряжением смещения и крайней линейностью для сигналов мощности (они имеют точную квадратичную характеристику в обратном направлении. ).

При обратном смещении заполненные состояния на p-стороне все больше выравниваются с пустыми состояниями на n-стороне, и теперь электроны туннелируют через барьер pn-перехода в обратном направлении & mdash; это эффект Зенера, который также имеет место в стабилитронах.

Сравнение технических характеристик

В обычном полупроводниковом диоде проводимость имеет место, когда pn-переход смещен в прямом направлении, и блокирует ток, когда переход смещен в обратном направлении. Это происходит до точки, известной как «обратное напряжение пробоя», когда начинается проводимость (часто сопровождается разрушением устройства).В туннельном диоде концентрация легирующей примеси в p- и n-слоях увеличивается до точки, где обратное напряжение пробоя становится нулевым , и диод проводит в обратном направлении. Однако при прямом смещении возникает странный эффект, называемый «квантово-механическое туннелирование», которое приводит к возникновению области, где «увеличение» прямого напряжения сопровождается «уменьшением» прямого тока. Эта область отрицательного сопротивления может использоваться в твердотельной версии динатронного генератора, в котором обычно используется тетродетермионный клапан (или трубка).

Туннельный диод оказался многообещающим в качестве генератора и высокочастотного порогового (триггерного) устройства, поскольку он мог работать на частотах намного выше, чем у тетрода, в микроволновых диапазонах. Применения туннельных диодов включают гетеродины для телевизионных тюнеров УВЧ, схемы запуска в осциллографах, схемы высокоскоростных счетчиков и схемы генератора импульсов с очень коротким временем нарастания. Туннельный диод можно также использовать как малошумящий СВЧ-усилитель. [ Дональд Г.Fink (ed), Electronic Engineers Handbook, McGraw Hill, New York, 1975, ISBN 0-07-02980-4, стр. 13-64 ] Однако с момента своего открытия более традиционные полупроводниковые устройства превзошли свои характеристики с использованием традиционных методов генерации. Для многих целей устройство с тремя выводами, такое как полевой транзистор, более гибкое, чем устройство только с двумя выводами. Практичные туннельные диоды работают при нескольких миллиампер и нескольких десятых вольта, что делает их маломощными устройствами. [ Л.W. Turner, (ed), Справочник инженера-электронщика, 4-е изд. Newnes-Butterworth, London 1976 ISBN 0 408 00168 page 8-18 ] Диод Ганна обладает аналогичными характеристиками на высоких частотах и ​​производит большую мощность.

Туннельные диоды также относительно устойчивы к ядерному излучению по сравнению с другими диодами. Это делает их подходящими для условий с более высоким уровнем излучения, например, в космических приложениях.

Каталожные номера

ee также

* Лавинный диод
* Обратный диод
* IMPATT-диод
* Резонансный межзонный туннельный диод
* Резонансный туннельный диод
* Si / SiG000-туннельный резонансный диод туннельный диод
* туннельный переход
* стабилитрон

Фонд Викимедиа.2010.

Индийский институт науки

В связи с постоянно растущим спросом на более высокую плотность и больше функций в электронных микросхемах, наноэлектронные устройства являются очень многообещающими из-за экзотических функций, которые они предлагают. Электронные устройства, созданные на основе низкоразмерных систем, открывают новые возможности для достижения беспрецедентных показателей производительности и являются отличными кандидатами для выхода за пределы кремниевых технологий.

Туннельный диод Эсаки — это нелинейное устройство, которое демонстрирует отрицательную корреляцию между током, протекающим через него, и напряжением, управляющим током.Его открытие в 1957 году стало исторической вехой для полупроводниковой промышленности, и с тех пор диоды Эсаки остаются ключевым элементом электронных схем.

В недавнем исследовании исследователи из лаборатории квантовой электроники Департамента электротехники разработали и экспериментально продемонстрировали универсальный вертикальный туннельный диод, активный слой которого состоит из слоистых материалов толщиной в несколько десятков нанометров. Им удалось уменьшить толщину обедненной области диода до толщины ~ 7 Å путем введения искусственной обедненной области монослоя.Используя различные ограничения смещения, они смогли преобразовать туннельный диод в управляемый напряжением генератор без реактивных элементов или в одноэлементную ячейку памяти со сверхнизким энергопотреблением. Отсутствие реактивных элементов в генераторе позволяет легко интегрировать его в кристалл, а сверхнизкое энергопотребление ячейки памяти идеально подходит для электроники с низким энергопотреблением. Ячейка памяти также занимает мало места, что важно для приложений с высокой плотностью памяти. Предлагаемый туннельный диод сохраняет универсальность работы при низких температурах (-270 ^◦ C), что делает его пригодным и для криогенной электроники.

I
Архитектура туннельного диода показана на левой панели. Нелинейный отклик системы по постоянному току в диапазоне температур от окружающей до криогенной, работа в качестве одноэлементной ячейки памяти и ее работа в качестве генератора без реактивных элементов, управляемого напряжением, показаны на правой панели.

Каталожный номер

Н. Абрахам, К. Мурали, К. Ватанбе, Т. Танигучи и К. Маджумдар, Астабильность по сравнению с бистабильностью в туннельном диоде Ван-дер-Ваальса для управляемых напряжением генераторов и приложений памяти , ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021 / acsnano.0c06630.

Веб-сайт лаборатории

https://ece.iisc.ac.in/~kausikm/

Кредиты на фотографии: Лаборатория Каусика Маджумдара

Квантовое туннелирование и туннельные диоды

Квантовое туннелирование — это квантово-механическое явление, при котором частица туннелирует через барьер, который она классически не могла преодолеть. Это рабочий механизм туннельных диодов. Туннелирование может возникать с барьерами толщиной от 1 до 3 нм и меньше. Простой барьер можно создать, разделив два проводника очень тонким изолятором.

Энергия частицы, прошедшей туннель через барьер, остается неизменной, но амплитуда ее волновой функции уменьшается.

Туннельный ток быстро спадает, когда частицы проходят через барьер. Следовательно, туннельные диоды могут быть созданы с диапазоном напряжений, для которых ток падает с ростом приложенного напряжения. Это своеобразное свойство используется в таких приложениях, как высокоскоростные устройства, где характерная вероятность туннелирования изменяется так же быстро, как напряжение смещения.

Частицы, которые туннелируют через барьер туннельного диода, на самом деле являются заряженными частицами.Есть два типа электрического заряда (о которых мы знаем): положительный и отрицательный. На самом деле эти слова не следует воспринимать слишком серьезно. В электроне нет ничего отрицательного в том смысле, что отрицательные числа меньше нуля. Фактически, это историческая случайность, когда электрон был назван отрицательным, вследствие того факта, что сначала считалось, что электричество движется в противоположном направлении, чем это считается сейчас.

Несмотря на терминологию, основной факт, хорошо известный нашим древним предкам, заключается в том, что когда дело доходит до полярности, симпатии отталкивают, а не нравится — притягивают.Этот простой факт делает возможными атомы, следовательно, материю в том виде, в каком мы ее знаем.

Электрический заряд — это сохраняемое свойство многих субатомных частиц. Протон имеет особый положительный заряд, который никогда не меняется. В более крупном масштабе объекты могут приобретать или терять различное количество электрического заряда. Обычный сценарий для макроскопического объекта — быть нейтральным по отношению к электрическому заряду, потому что составляющие атомы по большей части состоят из равного количества положительных протонов и отрицательных электронов, стабилизированных строгим присутствием нейтронов.

Когда атомы приобретают или теряют один или несколько электронов, они становятся отрицательно или положительно заряженными и становятся ионами. Если это происходит со значительной долей атомов в макроскопическом теле, объект приобретает заряд и притягивает или отталкивает непохожие или похожие заряженные объекты.

В конце концов было обнаружено, что электрический заряд квантуется и не может занимать любую позицию в континууме, а вместо этого существует в дискретных кратных базовой величине. Фактически, основной электрический заряд, проявляемый всеми электронами и протонами, равен –e или + e, и он приблизительно равен минус или плюс 1.602 × 10 ^-19 кулон. Исключением является кварк, который, как вирус в клетке человека, существует как составная часть других субатомных частиц. Его заряд кратен e / 3.

Туннельный диод имеет отрицательное сопротивление в области напряжений, где происходит туннелирование.

Квантовое туннелирование работает потому, что материю можно полностью описать, рассматривая каждую частицу как волновую функцию. Частица, столкнувшись с предположительно непреодолимым барьером, может в небольшом количестве случаев перейти с одной стороны барьера на другую.
Эрнест Резерфорд и другие предвосхитили квантовую механику в первые годы двадцатого века, описывая период полураспада и распад. Джордж Гамов был одним из первых, кто решил уравнение Шредингера, показав, что период полураспада частицы и энергия излучения приводят к туннелированию как вероятному событию.

Точка зрения классической механики утверждает, что частицы, не обладающие достаточной энергией, чтобы пересечь барьер, на самом деле никогда этого не сделают. Поскольку энергия частицы или, точнее говоря, волновой функции, имеет энергию в определенной ширине полосы, часть этой энергии может завершить пересечение.

Фактическая ВАХ германиевого туннельного диода, изображенная в Википедии.

Излишне говорить, что принцип неопределенности Гейзенберга дает возможность понять, что происходит. Он утверждает, что положение и импульс частицы не могут быть известны одновременно. Важно понимать, что это не какое-то психологическое препятствие для человеческого знания, а проблема измерения.

Квантовое туннелирование использует многоуровневую природу волновой функции частицы, поэтому она может двигаться способами, которые были бы невозможны в классической физике.Помимо туннельных диодов, существует множество практических применений, в которых это явление используется. Кроме того, у этого есть одно неприятное последствие, которое заключается в том, что он создает основу для утечки тока в очень крупномасштабной интеграции (СБИС), что приводит к потере мощности и нагреву в плотных ИС. Это может наложить окончательный предел на то, насколько маленькие микрочипы могут быть сделаны.

InP / GaInP туннельные диоды на основе нанопроволоки | SpringerLink

[1]

Hiruma, K .; Кацуяма, Т .; Ogawa, K .; Когучи, М .; Какибаяси, Х.; Морган, Г. П. Микрокристаллы квантового размера, выращенные с использованием металлоорганической эпитаксии из паровой фазы. Прил. Phys. Lett. 1991 , 59 , 431–433.

Артикул Google ученый

[2]

Gudiksen, M. S .; Lauhon, L.J .; Wang, J. F .; Smith, D.C .; Либер, К. М. Рост структур нанопроволоки сверхрешетки для наноразмерной фотоники и электроники. Природа 2002 , 415 , 617–620.

Артикул Google ученый

[3]

Samuelson, L .; Björk, M. T .; Deppert, K ​​.; Larsson, M .; Ohlsson, B.J .; Панев, Н .; Persson, A.I .; Sköld, N .; Thelander, C .; Валленберг, Л. Р. Полупроводниковые нанопроволоки для новых одномерных устройств. Physica E Низкоразмер. Syst. Наноструктура. 2004 , 21 , 560–567.

Артикул Google ученый

[4]

Хеурлин, М.; Magnusson, M. H .; Lindgren, D .; Ek, M .; Валленберг, Л. Р .; Deppert, K ​​.; Самуэльсон, Л. Непрерывный газофазный синтез нанопроволок с настраиваемыми свойствами. Природа 2012 , 492 , 90–94.

Артикул Google ученый

[5]

Anttu, N .; Сюй, Х.К. Связывание света в массивы нанопроволок и последующее поглощение. J. Nanosci. Nanotechnol. 2010 , 10 , 7183–7187.

Артикул Google ученый

[6]

Borgström, M. T .; Валлентин, Дж .; Heurlin, M .; Fält, S .; Wickert, P .; Leene, J .; Magnusson, M. H .; Deppert, K ​​.; Самуэльсон, Л. Нанопроволоки с перспективой для фотоэлектрических систем. IEEE J. Sel. Верхний. Квантовая электроника. 2011 , 17 , 1050–1061.

Артикул Google ученый

[7]

Отнес, Г.; Боргстрем, М. Т. К высокоэффективным солнечным элементам на основе нанопроволоки. Наносегодня 2017 , 12 , 31–45.

Артикул Google ученый

[8]

Wallentin, J .; Антту, Н .; Твердый.; Huffman, M .; Åberg, I .; Magnusson, M. H .; Siefer, G .; Fuss-Kailuweit, P .; Dimroth, F .; Witzigmann, B. et al. Солнечные элементы с массивом нанопроволок InP достигают эффективности 13,8% за счет превышения предела лучевой оптики. Наука 2013 , 339 , 1057–1060.

Артикул Google ученый

[9]

Åberg, I .; Vescovi, G .; Твердый.; Naseem, U .; Gilboy, J. P .; Sundvall, C .; Дальгрен, А .; Свенссон, К. Э .; Антту, Н .; Björk, M. T. et al. Солнечный элемент с массивом нанопроволок из GaAs с эффективностью 15,3% на 1 солнце. IEEE J. Photovolt. 2016 , 6 , 185–190.

Артикул Google ученый

[10]

van Dam, D .; van Hoof, N.J.J .; Cui, Y.C .; van Veldhoven, P.J .; Баккерс, Э. П. А. М .; Rivas, J.G .; Хаверкорт, Дж. Э. М. Высокоэффективные солнечные элементы на основе нанопроволоки с повышенным во всех направлениях поглощением за счет самовыравнивающихся рассеивателей Ми из оксида индия-олова. САУ Nano 2016 , 10 , 11414–11419.

Артикул Google ученый

[11]

ЛаПьер, Р.Р.; Chia, A.C.E .; Гибсон, С. Дж .; Haapamaki, C.M .; Boulanger, J .; Yee, R .; Куянов, П .; Zhang, J .; Таджикский, Н .; Джуэлл, Н. и др. Фотовольтаика с нанопроволокой III – V: обзор конструкции для обеспечения высокой эффективности. Phys. Статус Solidi RRL 2013 , 7 , 815–830.

Артикул Google ученый

[12]

Heurlin, M .; Wickert, P .; Fält, S .; Borgström, M.T .; Deppert, K ​​.; Самуэльсон, Л.; Магуссон, М. Х. Тандемный переход осевых нанопроволок InP, выращенных на кремниевой подложке. Nano Lett. 2011 , 11 , 2028–2031.

Артикул Google ученый

[13]

Kempa, T. J .; Tian, ​​B.Z .; Kim, D. R .; Hu, J. S .; Zheng, X. L .; Либер, К. М. Одинарные и тандемные осевые фотогальванические устройства на основе нанопроволоки p-i-n. Nano Lett. 2008 , 8 , 3456–3460.

Артикул Google ученый

[14]

Yao, M. Q .; Cong, S .; Arab, S .; Хуанг, Н. Ф .; Повинелли, М. Л .; Cronin, S. B .; Dapkus, P.D .; Чжоу, К. В. Тандемные солнечные элементы с использованием нанопроволок GaAs на Si: проектирование, изготовление и наблюдение за сложением напряжения. Nano Lett. 2015 , 15 , 7217–7224.

Артикул Google ученый

[15]

Димрот, Ф.Высокоэффективные солнечные элементы из полупроводниковых соединений AIIIBV. Phys. Стат. Sol. (в) 2006 , 3 , 373–379.

Артикул Google ученый

[16]

Chen, Y .; Пистолет, М. Э .; Антту, Н. Дизайн для сильного поглощения в тандемном солнечном элементе с массивом нанопроволок. Sci. Реп. 2016 , 6 , 32349.

Артикул Google ученый

[17]

Есаки, Л.Новое явление в узких германиевых p-n-переходах. Phys. Сборка 1958 , 109 , 603–604.

Артикул Google ученый

[18]

Luque, A .; Hegedus, S. Справочник по фотоэлектрической науке и технике ; 2-е изд. John Wiley & Sons, Ltd .: Чичестер, 2011 г.

Google ученый

[19]

Валлентин, Дж.; Persson, J.M .; Wagner, J. B .; Самуэльсон, Л .; Deppert, K ​​.; Боргстрем, М. Т. Высокопроизводительные туннельные диоды с одной нанопроволокой. Nano Lett. 2010 , 10 , 974–979.

Артикул Google ученый

[20]

Borg, B.M .; Дик, К. А .; Ganjipour, B .; Пистолет, М. Э .; Wernersson, L.E .; Теландер, К. Нанопроволоки гетероструктуры InAs / GaSb для туннельных полевых транзисторов. Nano Lett. 2010 , 10 , 4080–4085.

Артикул Google ученый

[21]

Schmid, H .; Bessire, C .; Björk, M. T .; Schenk, A .; Риэль, Х. Кремниевые нанопроволочные диоды Эсаки. Nano Lett. 2012 , 12 , 699–703.

Артикул Google ученый

[22]

Ганджипур, Б.; Dey, A. W .; Borg, B.M .; Ek, M .; Пистолет, М. Э .; Дик, К. А .; Wernersson, L.E .; Теландер К. Туннельные диоды Esaki с высокой плотностью тока на основе нанопроволок гетероструктуры GaSb-InAsSb. Nano Lett. 2011 , 11 , 4222–4226.

Артикул Google ученый

[23]

Fung, W. Y .; Chen, L .; Лу, У. Эсаки туннельные диоды на основе вертикальных гетеропереходов Si-Ge нанопроволоки. Прил.Phys. Lett. 2011 , 99 , 092108.

Артикул Google ученый

[24]

Nadar, S .; Rolland, C .; Lampin, J. F .; Wallart, X .; Caroff, P .; Leturcq, R. Туннельные переходы в нанопроволоке III – V методом поверхностной инженерии. Nano Res. 2015 , 8 , 980–989.

Артикул Google ученый

[25]

Отнес, Г.; Heurlin, M .; Graczyk, M .; Валлентин, Дж .; Jacobsson, D .; Berg, A .; Максимов, И .; Боргстрём, М. Т. Стратегии получения точного рисунка при росте нанопроволоки с поверхностей большой площади, сформированных с помощью литографии наноимпринтов. Nano Res. 2016 , 9 , 2852–2861.

Артикул Google ученый

[26]

Hultin, O .; Otnes, G .; Borgström, M.T .; Björk, M .; Самуэльсон, Л .; Буря, К.Сравнение измерений эффекта Холла и эффекта поля на одной и той же нанопроволоке. Nano Lett. 2016 , 16 , 205–211.

Артикул Google ученый

[27]

Borgstöm, M. T .; Norberg, E .; Wickert, P .; Nilsson, H.A .; Trägårdh, J .; Дик, К. А .; Statkute, G .; Ramvall, P .; Deppert, K ​​.; Самуэльсон, Л. Оценка прекурсора для легирования нанопроволоки in situ и InP. Нанотехнологии 2008 , 19 , 445602.

Артикул Google ученый

[28]

Lindelöw, F .; Heurlin, M .; Otnes, G .; Дагите, В .; Lindgren, D .; Hultin, O .; Буря, К .; Самуэльсон, Л .; Боргстрем, М. Т. Оценка допирования нанопроволок InP для солнечных элементов с тандемным переходом. Нанотехнологии 2016 , 27 , 065706.

Артикул Google ученый

[29]

Отнес, Г.; Heurlin, M .; Цзэн, X .; Боргстрём, М. Т. In _x Ga _{1– x} P На динамику роста нанопроволок сильно влияет легирование диэтилцинком. Nano Lett. 2017 , 17 , 702–707.

Артикул Google ученый

[30]

Heurlin, M .; Антту, Н .; Camus, C .; Самуэльсон, Л .; Borgström, M. T. In situ определение размеров нанопроволоки и динамики роста с помощью оптического отражения. Nano Lett. 2015 , 15 , 3597–3602.

Артикул Google ученый

[31]

Borgström, M. T .; Валлентин, Дж .; Trägårdh, J .; Ramvall, P .; Ek, M .; Валленберг, Л. Р .; Самуэльсон, Л .; Депперт, К. In situ травление для полного контроля над осевым и радиальным ростом нанопроволок. Nano Res. 2010 , 3 , 264–270.

Артикул Google ученый

[32]

Jacobsson, D .; Persson, J.M .; Kriegner, D .; Etzelstorfer, T .; Валлентин, Дж .; Wagner, J. B .; Stangl, J .; Самуэльсон, Л .; Deppert, K ​​.; Боргстрем, М. Т. Рост нанопроволоки Ga _x In _{1– x} P с помощью частиц Ga _x P для разработанных структур запрещенной зоны. Нанотехнологии 2012 , 23 , 245601.

Артикул Google ученый

[33]

Зенера, К.Теория электрического пробоя твердых диэлектриков. Proc. Рой. Soc. Лондон 1934 , 145 , 523–529.

Артикул Google ученый

[34]

Sze, S.M .; Нг, К. К. Физика полупроводниковых приборов ; John Wiley & Sons Inc .: Хобокен, 2007.

Google ученый

[35]

Jandieri, K.; Барановский, С.Д .; Rubel, O .; Штольц, В .; Гебхард, Ф .; Guter, W .; Hermle, M .; Бетт, А. В. Резонансное туннелирование электронов через дефекты в туннельных диодах из GaAs. J. Appl. Phys. 2008 , 104 , 094506.

Артикул Google ученый

[36]

Gutsche, C .; Regolin, I .; Blekker, K .; Лысов, А .; Prost, W .; Тегуде, Ф. Дж. Управляемое легирование нанопроволок GaAs p-типом во время роста пар-жидкость-твердое тело. J. Appl. Phys. 2009 , 105 , 024305.

Артикул Google ученый

[37]

Algra, R.E .; Verheijen, M. A .; Borgström, M.T .; Файнер, Л. Ф .; Immink, G .; van Enckevort, W. J. P .; Баккерс, Э. П. А. М. Двойниковые сверхрешетки в нанопроволоках из фосфида индия. Природа 2008 , 456 , 369–372.

Артикул Google ученый

[38]

ван Верт, М.H. M .; Helman, A .; can den Einden, W .; Algra, R.E .; Verheijen, M. A .; Borgström, M.T .; Immink, G .; Kelly, J. J .; Kouwenhoven, L.P .; Баккерс, Э. П. А. М. Включение цинка по механизму пар-жидкость-твердое тело в нанопроволоки InP. J. Am. Chem. Soc. 2009 , 131 , 4578–4579.

Артикул Google ученый

[39]

Дик, К. А .; Bolinsson, J .; Borg, B.M .; Йоханссон, Дж.Контроль резкости осевых гетеропереходов в нанопроволоках III-V: за пределами эффекта резервуара. Nano Lett. 2012 , 12 , 3200–3206.

Артикул Google ученый

[40]

Okamoto, H .; Массальский, Т. Б. Система Au-S (золото-сера). Бык. Диаграмма фазы сплава. 1985 , 6 , 518–519.

Артикул Google ученый

[41]

Чулик, Дж.; Нотис М. Р. Фазовая диаграмма Au-Sn. J. Сплав Compd. 1993 , 191 , 71–78.

Артикул Google ученый

[42]

Guter, W .; Schöne, J .; Philipps, S.P .; Steiner, M .; Siefer, G .; Wekkli, A .; Welser, E .; Oliva, E .; Bett, A. W .; Dimroth, F. Согласованный по току солнечный элемент с тройным переходом, достигающий эффективности преобразования 41,1% при концентрированном солнечном свете. Прил. Phys.Lett. 2009 , 94 , 223504.

Артикул Google ученый

[43]

Barrigón, E .; Гарсия, I .; Barrutia, L .; Rey-Stolle, I .; Algora, C. Высокопроводящие туннельные переходы p ⁺⁺ -AlGaAs / n ⁺⁺ -GaInP для солнечных элементов с ультравысоким концентратором. Прог. Фотовольта: Рез. Прил. 2014 , 22 , 399–404.

Артикул Google ученый

[44]

Лими, Х. Дж. Сканирующая электронная микроскопия для сбора заряда. J. Appl. Phys. 1982 , 53 , R51 – R80.

Артикул Google ученый

[45]

Gutsche, C .; Niepelt, R .; Gnauck, M .; Лысов, А .; Prost, W .; Ronning, C .; Тегуде, Ф. Дж. Прямое определение длины диффузии неосновных носителей заряда на осевых p-n-переходах нанопроволоки GaAs. Nano Lett. 2012 , 12 , 1453–1458.

Артикул Google ученый

[46]

Darbandi, A .; Уоткинс, С. П. Измерение длины диффузии неосновных носителей в нанопроволоках GaAs с помощью техники нанозонда. J. Appl. Phys. 2016 , 120 , 014301.

Артикул Google ученый

[47]

Джойс, Х.J .; Docherty, C.J .; Gao, Q .; Tan, H.H .; Джагадиш, С .; Lloyd-Hughes, J .; Herz, L.M .; Джонстон, М. Б. Электронные свойства нанопроволок GaAs, InAs и InP изучаются методом терагерцовой спектроскопии. Нанотехнологии 2013 , 24 , 214006.

Артикул Google ученый

[48]

Аспнес Д. Э. Рекомбинация на поверхностях и границах раздела полупроводников. Surf Sci. 1983 , 132 , 406–421.

Артикул Google ученый

[49]

Bothra, S .; Тяги, С .; Ghandhi, S.K .; Боррего, Дж. М. Скорость поверхностной рекомбинации и время жизни в InP. Solid State Electron. 1991 , 34 , 47–50.

Артикул Google ученый

Плохой туннельный диод обеспечивает хороший датчик миллиметрового диапазона | Tech Pulse | Октябрь 2005 г.

Хэнк Хоган

Понимая, что неисправный туннельный диод может стать основой для хорошего датчика, исследователи из Университета штата Огайо в Колумбусе, Лаборатории военно-морских исследований США в Вашингтоне и Университета Нотр-Дам в Индиане, возможно, обнаружили новая технология для обнаружения скрытого оружия без рентгеновского излучения.Вариант того же подхода может позволить пилотам видеть сквозь плохую погоду.

Датчик работает с окружающим излучением на частоте 94 ГГц, что соответствует длине волны 3,2 мм или 3200 мкм. На этой длине волны атмосфера прозрачна, и рассеяние от дождя, тумана, дыма, одежды и других материалов ограничено, что делает возможным зондирование на большие расстояния.

Пол Р. Бергер, профессор электротехники, компьютерной инженерии и физики в штате Огайо и руководитель группы, заметил, что контраст между асфальтом и полем или между металлическим оружием и плотью очень высок в этой спектральной области.

Поскольку исследователи работали над созданием хороших туннельных диодов на основе кремния, они знали, как делать плохие туннельные диоды с определенной характеристикой: низким прямым туннельным током и большим обратным туннельным током. Это приводит к большой нелинейности или реакции при нулевом смещении, что является ключом к созданию высокочувствительного датчика.

Для этого исследователи использовали молекулярно-лучевую эпитаксию для выращивания слоев кремния P-типа, кремния германия, кремния и кремния N-типа на кремниевой подложке P-типа.Созданные таким образом прототипы обратных диодов имели коэффициент кривизны — показатель чувствительности датчика — 31. Это несколько меньше, чем у других разрабатываемых датчиков миллиметрового диапазона окружающей среды, но вдвое больше, чем у лучших других кремниевых или германиевых датчиков. на базе систем.

Бергер отметил, что этот подход на основе кремния не требует экзотических материалов и может быть легко интегрирован с другой полупроводниковой электроникой — два преимущества, которых не хватает другим детекторам окружающей среды, находящимся в разработке.

Исследователи планируют продолжить оптимизацию конструкции устройства для повышения его производительности.