隧道二极管 - 工作，特性，应用

什么是隧道二极管？

隧道二极管是一种重掺杂的P-n结二极管。隧道二极管显示负电阻。当电压值增加时，电流流量减小。基于隧道效应的隧道二极管工程。

下图显示了隧道二极管的符号。

Leo Esaki在1957年8月发明了隧道二极管。因此又称Esaki二极管。这种二极管使用的材料是锗，砷化镓和其他硅材料。隧道二极管在其工作范围内表现为负电阻。因此，它可以用作放大器，振荡器和任何开关电路。

隧道二极管耗尽区的宽度

当移动载流子的自由电子和空穴同时缺失时，p-n结的区域有一个耗尽区。为了阻止n型半导体中的电子流动和p型半导体中的空穴流动，耗尽区起到了阻挡的作用。

根据添加的杂质的数量，耗尽区的宽度变化。为了提高P型和N型半导体杂质的电导率。当向P-N结二极管添加较少数量的杂质时，形成宽和大的耗尽区域。同时，当添加更多数量的杂质时，发生窄的耗尽区域。

隧道二极管中p型和n型半导体由于杂质较多而掺杂严重。重掺杂会导致一个狭窄的耗尽区。与普通的p-n结二极管相比，隧道二极管具有较窄的耗尽宽度。因此，当施加少量电压时，它在隧道二极管中产生足够的电流。

隧道效应

在电子器件中，隧道被称为从N侧导通带的小耗尽区域的直接电流进入P侧价频带。在P-N结二极管中，阳性和负离子均形成耗尽区。由于这些离子，耗尽区域中存在内置电势或电场。该电场给出了外部施加电压相反方向的电力。

随着耗尽层宽度的减小，载流子可以很容易地通过结。载流子不需要任何形式的动能就能通过结合点。相反，载波通过结点。这种效应称为隧道效应，因此二极管称为隧道二极管。

由于隧道效应，当正向电压值较低时，产生的正向电流值较高。它可以在正向偏置和反向偏置中工作。由于高掺杂，它可以反向偏置操作。由于势垒电位的降低，反向击穿电压的值也降低。它的值为0。由于这个小小的反向电压导致二极管击穿。因此，这就产生了负抗性区域。

隧道二极管工作现象

无偏的隧道二极管

在一个非偏见的隧道二极管中，没有电压将应用于隧道二极管。这里，由于N型半导体的重掺杂导带与P型材料的价带重叠。来自N侧的电子和来自P侧的孔彼此重叠，它们将处于相同的能级。

当温度升高时，有些电子从n区的导带隧穿到p区的价带。同样，空穴将从p区的价带向n区的导带移动。最后，净电流将为零，因为相同数量的电子是空穴流动的相反方向。

pαe（-a * e * b * w）

P -粒子穿过势垒的概率

W -势垒的宽度

E -势垒的能量

隧道二极管电压小

当一个小于耗尽层内置电压值的小电压加到隧道二极管上时，通过结的正向电流就没有了。然而，在p区，有少量电子从n区的导带开始隧穿到价带。

因此，这个运动产生了一个小的正向偏置隧道电流。当施加小电压时，隧道电流就开始流动。

增加施加于隧道二极管的电压

当施加的电压量增加时，在N侧产生的自由电子数量和P侧的孔也增加。由于电压增加，频带之间的重叠也增加。

当n边导带的能级与p边价带的能级相等时，隧道电流最大。

进一步增加了隧道二极管的电压

施加电压的进一步增加将导致导带和价带的轻微未对准。导通带和价带之间仍然存在重叠。电子从导通带移动到P区域的价带。因此，这导致小电流流动。因此，隧道电流开始减小。

大量增加的电压应用于隧道二极管

当施加电压增加到最大时，隧穿电流将为零。在这个电压水平上，价带和导带不重叠。这使得隧道二极管的工作原理与PN结二极管相同。

当施加电压大于耗尽层的内置电位时，前电流开始流过隧道二极管。在这种情况下，当电压增加时，曲线中的电流部分降低，并且这是隧道二极管的负电阻。在负电阻区域中操作的这种二极管用作放大器或振荡器。

隧道二极管的V-I特性

由于前向偏置，由于掺杂的掺杂传导发生在二极管中。二极管达到的最大电流是IP和施加的电压为VP。当施加更多量的电压时，电流值降低。电流保持减少，直到它达到最小值。

电流的小值是IV。从上图，可以从A到B电流随电压增加时从A到B电流降低。这是二极管的负电阻区域。在该区域中，隧道二极管产生功率而不是吸收它。

隧道二极管的应用

• 隧道二极管可用作开关，放大器和振荡器。
• 由于其响应速度快，所以被用作高频分量。
• 隧道二极管作为逻辑存储器件。
• 它们被用于振荡器电路和调频接收器。由于它是一个小电流装置，它不被更多地使用。