隧道二極體

隧道二極體

隧道二極體,又稱為江崎二極體,它是以隧道效應電流為主要電流分量的晶體二極體。隧道二極體是採用砷化鎵(GaAs)和銻化鎵(GaSb)等材料混合製成的半導體二極體,其優點是開關特性好,速度快、工作頻率高;缺點是熱穩定性較差。一般套用於某些開關電路或高頻振盪等電路中。

定義

又稱為江崎二極體,它是以 隧道效應電流為主要電流分量的 晶體二極體。隧道二極體是採用砷化鎵(GaAs)和銻化鎵(GaSb)等材料混合製成的半導體二極體,其優點是開關特性好,速度快、工作頻率高;缺點是熱穩定性較差。一般套用於某些開關電路或高頻振盪等電路中。它的工作符合發生 隧道效應具備的三個條件:① 費米能級位於 導帶和 滿帶內;②空間電荷層寬度必須很窄(0.01微米以下); 簡併半導體P型區和N型區中的 空穴和電子在同一能級上有交疊的可能性。隧道二極體為雙端子有源器件。其主要參數有峰谷電流比(IP/PV),其中,下標"P"代表"峰";而下標"V"代表"谷"。簡單地說,所謂"隧道效應"就是指粒子通過一個勢能大於總 能量的有限區域。這是一種量子力學現象, 按照經典力學是不可能出現的。隧道二極體可以被套用於低噪聲高頻放大器及高頻振盪器中(其工作頻率可達毫米波段),也可以被套用於高速開關電路中。

基於重摻雜PN結 隧道效應而製成的 半導體兩端器件。 隧道效應是1958年日本 江崎玲於奈在研究重摻雜鍺PN結時發現的,故隧道二極體又稱江崎二極體。這一發現揭示了固體中電子 隧道效應的物理原理,江崎為此而獲得諾貝爾獎金物理學獎。隧道二極體通常是在重摻雜 N型(或 P型)的半導體片上用快速合金工藝形成高摻雜的PN結而製成的;其摻雜濃度必須使PN結能帶圖中 費米能級進入N型區的 導帶和P型區的 價帶;PN結的厚度還必須足夠薄(150埃左右),使電子能夠直接從N型層穿透PN結勢壘進入P型層。這樣的結又稱隧道結。

特點及套用

隧道二極體的主要特點是它的正向電流- 電壓特性具有負阻(見圖)。這種負阻是基於電子的量子力學 隧道效應,所以隧道二極體開關速度達 皮秒量級,工作頻率高達100 吉赫。隧道二極體還具有小功耗和低噪聲等特點。隧道二極體可用於 微波混頻、檢波(這時應適當減輕摻雜,製成 反向二極體),低噪聲放大、振盪等。由於功耗小,所以適用於衛星 微波設備。還可用於超高速開關邏輯電路、觸發器和存儲電路等。

研究不同半導體材料製成的隧道二極體的基本特性,還能深入了解半導體中的 能帶結構和一些與量子力學有關的物理問題。

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