Главная страница  Транзисторные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 [ 55 ] 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

в смежный слои по горизонтали , т. е. не преодолевая потенциального барьера. Это явление обусловлено туннельным эзфектом (§ 2-7), откуда и происходит название диодов.

Ниже мы рассмотрим работу диода, анализируя движение электронов. Поведение дырок совершенно аналогично, а относительная роль обоих типов носителей, как обычно, зависит от степени симметрии диода, т. е. от соотношения

VFp--о->


1=0 а)




(Ui<U<Uz)

-- д)

U>Uz

Рис. 3-9. Энергетические диаграммы туннельного диода на разных участках

характеристики.

с - равновесное состояние; б - обратное включение; в - прямое включение при и < Ui; г - прямое включение при t/i < У < XJi, д ~ прямое включение при V > £/j.

удельных сопротивлений слоев. Распределение электронов по энергиям отражено на рис. 3-9 разными расстояниями между кружками, обозначающими элект роны. Стрелками снабжены те электроны, которые способны перейти в смежный слой тем или иным путем. Результирующий ток через переход оценивается на рис. 3-9 как разность электронных потоков, проходящих из одного слоя в другой.

В равновесном состоянии потоки электронов в обоих направлениях уравновешиваются и ток отсутствует (рис. 3-9, д).

Приложим к диоду внешнее напряжение обратной полярности (т. е. плюсом к п-слою). Энергетическая диаграмма для этого случая показана на рис. 3-9, б. Так как количество электронов с энергией, превышающей уровень Ферми, невелико, то поток электронов из р-слоя в п-слой увеличится, а обратный поток останется почти



неизменным. Следовательно, результирующий ток будет протекать в направлении от п-слоя к р-слою. Этот ток очень быстро возрастает с увеличением обратного напряжения (см. рис. 3-8), поскольку плотность электронов в глубине валентной зоны огромна и малейшее приращение разности р - (рр сопровождается существенным

изменением потока электронов из р-слоя в п-слой.

Теперь приложим к диоду небольшое прямое напряжение. Энергетическая диаграмма для этого случая показана на рис. 3-9, е. Легко заметить, что поток электронов из р-слоя в -слой сильно убывает, а обратный поток меняется сравнительно слабо. Следовательно, результирующий ток протекает в направлении от р-слоя к п-слою и при небольших прямых напряжениях возрастает с увеличением напряжения (рис. 3-8). Граница этого участка приблизительно соответствует диаграмме на рис. 3-9, в, на которой уровень ц>Р совпадает с потолком валентной зоны р-слоя.

При дальнейшем увеличении прямого напряжения поток электронов из п-слоя в р-слой убывает (рис. 3-9, г) и соответственно убывает прямой ток. В результате на вольт-амперной характеристике получается участок с отрицательным сопротивлением (рис. 3-8). Конец этого участка соответствует такому напряжению, при котором потолок валентной зоны в р-слое совпадает с дном зоны проводимости в п-слое. При еще большем напряжении запрещенная зона делается сквозной , туннельный эффект исчезает и ток снова увеличивается, но уже за счет обычного механизма - преодоления электронами потенциального барьера (рис. 3-9, д).

Таким образом, вольт-амперная характеристика туннельного диода (рис. 3-8) складывается из двух частей: туннельной (левее точки 2) и диффузионной (правее точки 2). Последняя, как обычно, обусловлена инжекцией и описывается формулой (2-33). Однако напряжения на диффузионной ветви туннельного диода получаются заметно больше, чем у обычного диода из того же материала. Это объясняется тем, что равновесная высота потенциального барьера у туннельных диодов больше примерно на 2 (фд + Ф ). где фд и Фта - уровни доноров И акцспторов в невырожденном, полупроводнике, отсчитанные соответственно от дна зоны проводимости и потолка валентной зоны. Следует также отметить, что если бы работа туннельного диода строго соответствовала зонным диаграммам на рис. 3-9, то минимальный ток в точке 2 был бы намного меньше, чем это имеет место в действительности. Происхождение избыточного минимального тока приписывают наличию ловушек в запрещенной зоне. Такие ловушки могут обеспечить туннельный эффект даже после образования сквозной запрещенной зоны и тем самым затягивают спадающий туннельный участок характеристики [53].

Статические свойства туннельного диода удобно характеризовать координатами экстремальных точек (/ и 2 на рис. 3-8), а также напряжением в точке 3, соответствующим току Z.



Конструктивные параметры

Собственно диод

Зонные диаграммы показывают, что пиковое напряжение . должно находиться в прямой зависимости от глубины залегания уровней Ферми в слоях. Поэтому оно больше у арсенида галлия, Y которого уровни примесей расположены дальше от краев запрещенной зоны, чем у германия \

Вместе с напряжением Ui возрастает пиковый ток /i, так как крутизна восходящего участка туннельной ветви меняется сравнительно мало. Напряжение провала и диффузионное напряжение Us возрастают с увеличением концентрации примесей и ширины запрещенной зоны. Поэтому арсенидо-галлиевые диоды характерны большим диапазоном токов и напряжений, чем германиевые.

В зависимости от схемы применения желательное значение пикового тока может быть разным. Что касается мнни.мальноготока /j, то он всегда должен быть по возможности малым, с тем чтобы отношение lilh было большим и участок с отрицательным сопротивлением был ярко выражен.

Изменения температуры влияют на статическую характеристику и ее параметры сравнительно слабо, так как оба слоя являются вырожденными полупроводниками - полуметаллами. Однако такое влияние все же имеется, поскольку положение уровней Ферми зависит от температурного потенциала рг- Особенно существенна на практике температурная зависимость пикового тока /j. Опьпг показывает, что эта зависимость может иметь разные знаки при различных концентрациях примесей. Поэтому для ограниченного температурного диапазона можно добиться почти полного постоянства пикового тока. Рабочий диапазон температур, в котором сохраняется отрицательное сопротивление, оказывается весьма широким в связи с использованием вырожденных полупроводников. Для германия максимальная рабочая температура составляет около +200 С, а для арсенида галлия - около 400° С.

Динамические свойства диода ограничены условием сохранения отрицательного сопротивления по отношению к внешней цепи. Рассматривая ту часть эквивалентной схемы диода, которая на рис. 3-10 обведена пунктиром (го - суммарное омическое сопротивление слоев), преобразуя эту часть схемы к виДу R + + jX и полагая R = Q, получаем максимальную рабочую частоту


Рис. 3-10. Эквивалентная схема туннельного диода на участке с отрицательным сопротивлением.

* Кремниевые туннельные диоды со сколько-нибудь удовлетворительными характеристиками пока получить не удается.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 [ 55 ] 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.