Туннельный диод
Описание устройства и назначения полупроводниковых приборов - электронных устройств на полупроводниках. Устройство, назначение и вольт-амперная характеристика туннельного диода. Параметры проводимости и построение диаграмм работы туннельных диодов.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.11.2013 |
| Размер файла | 698,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
10
Реферат
Туннельный диод
Полупроводниковые приборы - это электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. В электронике П.п. служат для преобразования различных сигналов, в энергетике - для непосредственного преобразования одних видов энергии в другие. Известно много разнообразных способов классификации П. п., например по назначению и принципу действия, по типу материала, конструкции и технологии, по области применения. Однако к основным классам П. п. относят следующие: электропреобразовательные приборы, преобразующие одни электрические величины в др. электрические величины (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор); оптоэлектронные приборы, преобразующие световые сигналы в электрические и наоборот (оптрон, фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор. полупроводниковый лазер, светоизлучающий диод, твердотельный преобразователь изображения - аналог видикона и т.п.); термоэлектрические приборы, преобразующие тепловую энергию в электрическую и наоборот (термоэлемент, термоэлектрический генератор, солнечная батарея, термистор и т.п.); магнитоэлектрич. приборы (датчик, использующий Холла эффект, и т.п.); пьезоэлектрический и тензометрический приборы, которые реагируют на давление или механическое смещение. К отдельному классу П. п. следует отнести интегральные схемы, которые могут быть электропреобразующими, оптоэлектронными и т.д. либо смешанными, сочетающими самые различные эффекты в одном приборе. Электропреобразовательные П. п. - наиболее широкий класс приборов, предназначенных для преобразования (по роду тока, частоте и т.д.), усиления и генерирования электрических колебаний в диапазоне частот от долей гц до 100 Ггц и более; их рабочие мощности находятся в пределах от < 10-12 вт до нескольких сотен вт, напряжения - от долей в до нескольких тыс. в и ток - от нескольких на до нескольких тыс. а. В зависимости от применяемого полупроводникового материала различают германиевые, кремниевые и др.П. п. По конструктивным и технологическим признакам П. п. разделяют на точечные и плоскостные; последние, в свою очередь, делят на сплавные, диффузионные, мезапланарные, планарные (наиболее распространены, см. Планарная технология), эпипланарные и др. В соответствии с областью применения различают высокочастотные, высоковольтные, импульсные и др.П. п.
Основные сведения
Туннельный диод - это полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт - амперной характеристике при прямом напряжении участка с отрицательной дифференциальной проводимостью.
На рисунке 1 представлена вольт - амперная характеристика туннельного диода и его конструктивное исполнение:
Рис. 1
Условное обозначение туннельного диода:
Рис. 2
Туннельный диод способен усиливать, генерировать и преобразовывать электромагнитные колебания до частот порядка нескольких сотен гигагерц, что соответствует миллиметровому диапазону волн. Его усилительные свойства сохраняются в интервале температур от -200 до +400 ?С. Усилители на туннельных диодах обладают очень высоким коэффициентом усиления и сравнительно низким уровнем шумов.
В области импульсной техники применение туннельных диодов оказалось чрезвычайно перспективным. С их помощью возможно проектировать приборы, обладающие высокой надежностью.
Туннельные диоды широко используются в СВЧ технике, так как способны обеспечивать высокое быстродействие.
Туннельные диоды практически нечувствительны к ядерной радиации, имеют малые размеры, ничтожный вес и потребляют энергию от источников в несколько раз меньшую, чем самые экономичные полупроводниковые приборы.
К отрицательным характеристикам можно отнести быстрое «старение» диода. С течением времени их параметры и характеристики значительно меняются, что может привести к нарушению работы устройства.
Рисунок 3. Внешний вид туннельного диода
Открытие туннельного эффекта и изобретение туннельного эффекта принадлежит японскому физику Лео Эсаки. За эти открытие он в 1973 г. был удостоен Нобелевской премии по физике.
Физика процессов
Работа туннельного диода иллюстрируется диаграммами, изображенными на рисунке 4:
Рисунок 4
В равновесном состоянии системы уровень Ферми постоянен для обеих областей полупроводникового диода, поэтому другие энергетические уровни искривляются настолько сильно, что нижняя граница дна зоны проводимости n - типа оказывается ниже верхней границы потолка валентной зоны области p - типа, и так как переход очень узкий, то носители заряда могут переходить из одной области в другую без изменения энергии, то есть туннелировать (рис. 4, а)
В состоянии равновесия потоки носителей из одной области в другую одинаковы, поэтому результирующий ток равен нулю. Вод воздействием внешнего энергетического поля диаграмма изменится. При подключении прямого напряжения уровень Ферми и положение энергетических уровней сместится относительно равновесного состояния в сторону уменьшения потенциального барьера и при этом степень перекрывания между потолком валентной зоны материала p-типа и дном зоны проводимости материала n-типа уменьшится (рис 4, б). При этом в зоне проводимости материала n-типа уровни, заполненные электронами (ниже уровня Ферми) окажутся против незаполненных уровней в валентной зоне материала p - типа, что приведет к появлению тока, обусловленного большим количеством электронов, переходящих из n - области в p - область. Максимальное значение этого тока будет тогда, когда уровень Ферми материала n - типа и потолок валентной зоны материала p - типа будут совпадать (рис 4, в). При дальнейшем увеличении прямого напряжения туннельное перемещение электронов из n - области в p - область начнет убывать (рис 4, г), так как количество их уменьшается по мере уменьшения степени перекрытия между дном зоны проводимости между материалом n - типа и потолком валентной зоны материала p - типа. В точке, где эти уровни совпадают, прямой ток p-n перехода достигнет своего минимального значения (рис 4, д). Затем, когда туннельные переходы станут невозможны, носители заряда будут преодолевать потенциальный барьер за счет диффузии и прямой ток прямой ток начнет возрастать, как у обычных диодов (рис 4, е).
При подаче на туннельный диод обратного напряжения потенциальный барьер начнет возрастать, и энергетическая диаграмма будет иметь вид, показанный на (рис. 4, ж). Так как количество электронов с энергией выше уровня Ферми незначительно, обратный ток будет возрастать в основном за счет электронов туннелирующих из p- области в n - область, причем, поскольку концентрация электронов в глубине валентной зоны велика, то обратный ток будет возрастать даже при небольшом увеличении обратного напряжения и связанным с ним небольшом смещении энергетических уровней, что приведет к существенному увеличению обратного тока.
Рассмотренные процессы позволяют сделать вывод, что туннельные диоды одинаково хорошо проводят ток при любой полярности приложенного напряжения, то есть они не обладают вентильными свойствами. Более того, обратный ток у них во много раз больше обратного тока других диодов.
Основные параметры туннельных диодов
Основными параметрами являются:
1) Пиковый ток IП - значение прямого тока в точке максимума вольт - амперной характеристики.
2) Ток впадины IВ - значение прямого тока в точке минимума вольт - амперной характеристики.
3) Отношение токов IП/ IВ (для туннельных диодов из галлия - мышьяка отношение IП/ IВ ?10, для германиевых - 3ч6).
4) Напряжение пика UП - значение прямого напряжения, соответствующее пиковому току.
5) Напряжение впадины UВ - значение прямого напряжения, соответствующее току впадины.
6) Напряжение раствора Upp- значение прямого напряжения на второй восходящей ветви, при котором ток равен пиковому току.
Данные параметры проиллюстрированы на рисунке 5:
Рисунок 5 туннельный диод электромагнитный колебание
Изготовление
Для изготовления туннельных диодов использую полупроводниковый материал с очень высокой концентрацией примесей, вследствие чего получается очень малая толщина p-n перехода (около 10-2 мкм), что на два порядка меньше, чем в других полупроводниковых диодах. Это сделано с целью уменьшить величину потенциального барьера и сделать таким образом возможным туннелирование электронов.
Равновесная разность потенциалов и ширина обедненного слоя, через который происходит туннелирование, зависят от концентрации дырок и электронов по обе стороны от границы раздела полупроводников p и n типа: чем больше концентрация, тем больше равновесная разность потенциалов и уже высота потенциального барьера. Концентрация электронов и дырок обуславливается количеством введенных в полупроводники примесей. Так, чтобы германий и кремний имели электронную проводимость, в них вводят сурьму, мышьяк или фосфор (доноры), а для придания дырочной проводимости используют индий, галлии, бор (акцепторы).
Рисунок 6. ВАХ для германиевых и кремниевых диодов.
Наиболее распространенным способом изготовления p-n переходов является метод сплавления. Сущность его сводится к тому, что на поверхность пластинки германия, например электронного типа проводимости, толщиной 0,1-0,5 мм наносится капля индия. При температуре порядка 500-600 ?С происходит сплавление индия германием, в результате чего на поверхности германия образуется тонкий слой сплава индий - германий.
У обычных полупроводниковых диодов и транзисторов концентрация электронов и дырок редко превышает 1017 в см 3 . Как уже было отмечено ранее, для обеспечения туннельного эффекта необходимо максимально повысить равновесную разность потенциалов и сузить высоту потенциального барьера. Для этого концентрацию примесей увеличивают до 1019 - 1020 в см3 . Ширина потенциального барьера в таком случае составит 0,01 мк. При таких условиях туннельный ток должен протекать даже без приложенного внешнего напряжения.
Заключение
В данной работе были рассмотрены основные параметры и характеристики туннельных диодов, принцип их работы, перечислены некоторые отличительные свойства.
Основываясь на свойствах туннельных диодов можно утверждать, что они могут быть использованы в качестве усилителей сигнала, быстродействующих переключателей и генераторов.
полупроводник проводимость прибор туннельный диод
Список литературы
1) Жеребцов И. П. «Основы электроники» - 5е изд. - Л.: Энергопромиздат. 1989 г. - 352 с.
2) Глазачев А. В., Петрович В. П. «Физические основы электроники» - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2006 г. - 243 с.
3) Ржевкин К. С. «Туннельный диод» - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962 г. - 24 с.
4) ru.wikipedia.org
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование параметров и характеристик туннельных диодов, а также принципа их работы и свойств. Анализ способности туннельного диода усиливать, генерировать и преобразовывать электромагнитные колебания. Обзор методов изготовления и применения диодов.
реферат [712,9 K], добавлен 02.02.2012Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов. Назначение, область применения и общий принцип их действия. Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов. Диод Есаки (туннельный диод) и его модификации.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 19.10.2009Характеристика полупроводниковых диодов, их назначение, режимы работы. Исследование вольтамперной характеристики выпрямительного полупроводникового диода, стабилитрона и работы однополупериодного полупроводникового выпрямителя. Определение сопротивления.
лабораторная работа [133,6 K], добавлен 05.06.2013Зависимость кондактанса от напряжения смещения для двухбарьерной гетероструктуры. Размеры слоев двухбарьерной квантовой структуры. Энергетическая диаграмма резонансно-туннельного диода с приложенным напряжением смещения. Методы измерения ВФХ РТД.
контрольная работа [1,6 M], добавлен 01.02.2012Рассмотрение принципов работы полупроводников, биполярных и полевых транзисторов, полупроводниковых и туннельных диодов, стабилитронов, варикапов, варисторов, оптронов, тиристоров, фототиристоров, терморезисторов, полупроводниковых светодиодов.
реферат [72,5 K], добавлен 14.03.2010Изучение свойств германиевого и кремниевого выпрямительных полупроводниковых диодов при изменении температуры окружающей среды. Измерение их вольт-амперных характеристик и определение основных параметров. Расчет дифференциального сопротивления диода.
лабораторная работа [29,7 K], добавлен 13.03.2013Принцип действия полупроводниковых диодов различного назначения. Прямое и обратное включение выпрямительного диода. Статическое и динамическое сопротивление. Исследования стабилитрона и светодиода. Стабилизация напряжений в цепях переменного тока.
лабораторная работа [230,6 K], добавлен 12.05.2016Классификация, структура, принцип работы, обозначение и применение полупроводниковых диодов, их параметры. Расчет вольтамперных характеристик при малых плотностях тока. Особенности переходных характеристик диодов с р-базой. Методы производства диодов.
курсовая работа [923,5 K], добавлен 18.12.2009Изучение принципов работы жидкокристаллических дисплеев, плазменных панелей. Исследование характеристик полупроводниковых приборов и электронных устройств: полевых транзисторов, диодов, усилительных каскадов. Двоичные системы счисления в электронике.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.10.2015Полупроводниковые приборы. Выпрямительные свойства диодов. Динамический режим работы диодов. Принцип действия диода. Шотки, стабилитроны, стабисторы, варикапы. Туннельные диоды. Обращённый диод. Статическая характеристика и применение обращённого диода.
реферат [515,0 K], добавлен 14.11.2008Физические основы и принцип работы светоизлучающих диодов как полупроводниковых приборов, излучающих некогерентный свет. Применение и анализ преимуществ и недостатков светоизлучающего диода. Стоимость светодиодных ламп и перспективы использования в ЖКХ.
реферат [22,8 K], добавлен 03.03.2011Диод как электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами. Его вольт-амперная характеристика. Основные типы диодов: выпрямительные, высокочастотные, переключающие, стабилитроны, сарикапы и диоды Шотки.
реферат [1017,8 K], добавлен 22.02.2015Параметры интегральных полупроводниковых диодов и биполярных транзисторов в интервале температур 250-400К. Величина контактной разности потенциалов. Толщина квазинейтральной области. Глубина залегания эмиттерного перехода. Транзисторы с p-n переходом.
курсовая работа [270,1 K], добавлен 19.02.2013Анализ конструктивных особенностей полупроводниковых диодов. Диодные матрицы и сборки. Структура диода Ганна с перевернутым монтажом. Основные ограничители напряжения. Расчет характеристик диода Ганна. Смесительные и переключательные СВЧ-диоды.
курсовая работа [365,9 K], добавлен 18.12.2009Разработка прибора, предназначенного для изучения полупроводниковых диодов. Классификация полупроводниковых диодов, характеристика их видов. Принципиальная схема лабораторного стенда по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.11.2013Назначение и классификация полупроводниковых приборов, особенности их применения в преобразователях энергии и передаче информации. Система обозначений диодов и тиристоров, их исследование на стенде. Способы охлаждения расчет нагрузочной способности.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 28.09.2014Общие рекомендации к выполнению лабораторных работ. Изучение электронного осциллографа. Исследование выпрямительного и туннельного диодов. Исследование дифференциального включения операционного усилителя. Изучение свойств интегрирующего усилителя.
учебное пособие [939,5 K], добавлен 25.03.2009История создания электронной лампы. Принципы устройств и работы электровакуумных приборов. Назначение и применение диодов и триодов. Основные виды электронной эмиссии. Физические процессы и токораспределение в триодах. Построение характеристик ламп в EWB.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 15.12.2010Технология изготовления полупроводниковых диодов, структура, основные элементы и принцип действия. Процесс образования p-n перехода, его односторонняя проводимость. Электрофизические параметры электро-дырочных переходов. Контактная разность потенциалов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.01.2015Вольтамперная характеристика выпрямительного диода на постоянном токе для прямой ветви. Схема диода Шоттки с осциллографом на переменном токе. Изучение диодных ограничителей с нулевыми пороговым значением. Схема диодных ограничителей со стабилитронами.
лабораторная работа [902,0 K], добавлен 08.06.2023
