Туннельным диодом называют полупроводниковый прибор, который
сконструирован на основе вырожденного полупроводника (т.е. полупроводника с большим содержанием примеси), в котором при обратном и небольшом прямом напряжении возникает туннельный эффект и вольт-амперная характеристика имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Устройство туннельных диодов в принципе почти не сличается от
устройства других диодов, но для их изготовления применяют
полупроводниковые материалы с большим содержанием примесей (до ).
Вследствие этого удельные сопротивления областей р- и n- типов очень малы, а ширина р-n-перехода составляет примерно 0,02 мкм, что в сто раз меньше, чем в других полупроводниковых диодах. Напряженность электрического поля в таких р-n-переходах достигает огромной величины – до В/см. Вольт-амперная характеристика туннельного диода и его условное обозначение в схемах показаны соответственно на рисунке 3.6. Рассмотрим с помощью зонной теории вид вольт-амперной характеристики. В равновесном состоянии системы уровень Ферми постоянен для обеих областей полупроводникового диода. Поэтому другие энергетические уровни
искривляются настолько сильно, что нижняя граница дна свободной зоны
области n-типа оказывается ниже верхней границы потолка валентной зоны
области р-типа, и так как переход очень узкий, то носители заряда могут
переходить из одной области в другую без затраты энергии, просачиваться
сквозь потенциальный барьер (туннелировать).
При подключении к диоду прямого напряжения потенциальный барьер с
ростом напряжения уменьшится. При подаче на туннельный диод обратного
напряжения обратный туннельный ток будет резко возрастать. Обратный ток у туннельных диодов во много раз больше, чем у других диодов, поэтому они не обладают вентильным свойством.
Основными параметрами туннельных диодов являются: максимальные
Imax и минимальные Imin значения токов на вольтамперной характеристике и соответствующие им напряжения (Ua и Uв); значение напряжения Uг, соответствующее максимальному току в точке а, а также дифференциальное сопротивление Rдиф = -dU/dI, которое определяется примерно на середине участка с отрицательным сопротивлением; общая емкость диода и максимальная частота.