Туннельный диод

Основой туннельного диода также является р-n переход, однако среди других ТД занимает особое место. Его действие в рабочем диапазона основано на туннельном механизме протекания тока, а не на диффузионном, как у других диодов. В туннельном диоде р-п переход образован между двумя вырожденными областями р- и п-типа (т.е. с очень высокой концентрацией доноров и акцепторов – 10¹⁹ см^-3 и больше). Уровень Ферми вырожденных полупроводников находится внутри разрешенной зоны. Потенциальный барьер такого перехода близок к максимальному, а ширина р-п перехода мала - 0,01-0,02 мкм. Внутреннее электрическое поле перехода достигает критической величины E_кр>10⁵ В/см, при которой резко возрастает вероятность туннельного эффекта. При этом электроны могут переходить из одной области в другую, не преодолевая потенциального барьера, а просачиваясь сквозь него (туннелировать) благодаря волновым свойствам электрона. В вольт-амперной характеристике туннельного диода (рис.3) имеется область, обусловленная туннельным механизмом протекания тока - вся обратная ветвь и прямая ветвь до точки 2. В этой области при малых смещениях (прямом и обратном) токи резко возрастают. Затем на прямой ветви достигается максимальное (пиковое) значение I_n, после которого прямой ток падает (из-за уменьшения напряженности E и уменьшения туннельного потока носителей).

Рис. 3

В точке 2 (называемой впадиной) туннельный эффект практически исчезает и преобладающим становится диффузионный механизм протекания тока, вольт-амперная характеристика после точки 2 ¸совпадает с прямой ветвью ВАХ обычного диода. Рабочей является часть прямой ветви в пределах 0U₃. Участок характеристики U_п - U_в с отрицательным сопротивлением - важнейшая особенность туннельного диода. Туннельные диоды обладают высоким быстродействием (могут работать в СВЧ диапазоне), могут использоваться в широком диапазоне температур (германиевые – до +200 °С, арсенидгаллиевые - до +400 °С). В устройствах автоматики туннельные диоды применяются как быстродействующие переключающие элементы.

^ Параметры туннельных диодов

Тип Диода	Материал	Пиковый ток I1, мА	IB, МА		U1, МВ	U2, В	Uз, В
ГИ 304А ГИ 305А АИ 301Г	GeGeGaAs	4,8 9,6 10	0,3 0,5 1,0	>5 >5 >8	< 75 < 85 180	0,35¸0,25 ¸0,350,4¸0,250,5	> 0,44 > 0,45 > 0,8

^