隧道二极管 - 工作，特征，应用

什么是隧道二极管？

隧道二极管是掺杂的P-N连接二极管。隧道二极管表现出负电阻。当电压值增加时，电流流量减小。隧道二极管根据隧道效应起作用。

下图显示了隧道二极管的符号。

Leo Esaki于1957年8月发明了隧道二极管。因此，它也称为Esaki二极管。该二极管使用的材料是锗，砷耐加仑和其他硅材料。隧道二极管在其工作范围内显示负电阻。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

当移动电荷载体均缺失时，P-N连接中的区域具有称为耗竭区域的区域。为了阻止N型半导体的电子流和P型半导体的孔，耗竭区域充当屏障。

根据添加的杂质数量，耗尽区域的宽度有所不同。为了增加P型和N型半导体杂质的电导率。当将较小数量的杂质添加到P-N结二极管中时，会形成宽大的耗竭区域。同时，当添加更多杂质时，会发生狭窄的耗竭区域。

由于更多的杂质，P型和N型半导体在隧道二极管中被大量掺杂。重掺杂导致狭窄的耗竭区域。与正常的P-N连接二极管相比，隧道二极管具有狭窄的耗竭宽度。因此，当施加少量电压时，它会在隧道二极管中产生足够的电流。

隧道效应

在电子产品中，隧道被称为电子的直接流动，从N侧导带到P侧价带中的小耗竭区域。在P-N连接二极管中，阳性离子和负离子均形成耗竭区域。由于这些离子，耗尽区域存在内部电位或电场。这电场向外部施加电压的相反方向提供电力。

随着耗竭层的宽度减小，电荷载体可以轻松越过交界处。电荷载体不需要任何形式的动能即可穿越连接。取而代之的是，载体穿过交界处。这种效果称为隧道，因此二极管称为隧道二极管。

由于隧道，当正向电压的值为低的正向电流值时，产生的较低值将很高。它可以以前偏置和反向偏见。由于掺杂量高，它可以反向偏置。由于屏障电位的降低，反向故障电压的值也降低。它的值为零。由于这种小的反向电压导致二极管故障。因此，这会产生负电阻区域。

隧道二极管工作现象

公正的隧道二极管

在公正的隧道二极管中，不会在隧道二极管上使用电压。在这里，由于N - 类型半导体的重掺杂传导带，与P - 型材料的价带重叠。N侧的电子和P侧的孔相互重叠，它们将处于相同的能级。

当温度升高时，一些电子隧道从N区的导带到P区的价带。同样，孔将从p区域的价带转移到N区的传导带。最后，净电流将为零，因为相等数量的电子是沿相反方向流动的孔。

pαE（-a *e *b *w）

P - 粒子越过屏障的可能性

W - 屏障的宽度

E - 屏障的能量

施加到隧道二极管的小电压

当将耗尽层的内置电压较低的小电压应用于隧道二极管时，没有通过交界处的向前电流流动。然而，N区域的传导带的数量最少将开始在P区域开始隧​​穿到价带。

因此，这种运动产生了一个小的前向偏见的隧道电流。当施加少量电压时，隧道电流开始流动。

施加到隧道二极管的电压增加

当施加的电压量增加时，在n个侧产生的游离电子数量，并且在P侧孔的孔也会增加。由于电压的增加，频段之间的重叠也会增加。

当N侧传导带的能级和P侧价带的能级变得相等时，最大隧道电流流动。

进一步增加在隧道二极管上的电压

施加电压进一步增加将导致导致带和价带的轻微错位。仍然存在导带和价带之间的重叠。电子从传导带转移到P区域的价带。因此，这会导致小电流流动。因此，隧道电流开始减少。

大大增加了应用于隧道二极管的电压

当施加电压增加到最大值时，隧道电流将为零。在此电压水平上，价带和传导带不会重叠。这使隧道二极管的操作与PN连接二极管相同。

当施加的电压大于耗尽层的内置电势时，正向电流开始流过隧道二极管。在这种情况下，当电压增加时，曲线中的电流部分减小，这是隧道二极管的负电阻。在负电阻区域中运行的这种二极管用作放大器或振荡器。

隧道二极管的V-I特征

由于向前的偏置，由于二极管的掺杂传导很重。二极管达到的最大电流是IP，应用电压为VP。当应用更多电压时，电流值会降低。电流不断减小，直到达到最低值。

电流的最小值为iv。从上图可以看出，从点A到B电流时，电压增加时会减小。那是二极管的负电阻区域。在该区域，隧道二极管产生动力而不是吸收功率。

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。
• 由于它显示出快速响应，因此用作高频组件。
• 隧道二极管充当逻辑存储器存储设备。
• 它们用于振荡器电路和FM接收器中。由于它是低电流设备，因此不使用更多。