Туннельный эффект, который проявляется нар—«-пе¬реходе в вырожденных полупроводниках, был открыт в 1958 г. в Японии ученым-физиком Лео Эсаки [32].
Вырожденный полупроводник — это почти металл, т. е. полупроводник с очень высокой концентрацией до-норной или акцепторной примеси. Концентрация может достигать 1Q24 атомов примеси на 1 см3 полупроводника. Температура вырожденного полупроводника может дости¬гать 400 °С без его разрушения. Ширина перехода мала, так как малы удельные сопротивления п- и р-слоев.
В вырожденных полупроводниках очень тонкий рп переход: его ширина составляет сотые доли микрона, а на¬пряженность внутреннего поля составляет Ер-п * 108 В/м, что обеспечивает очень высокий потенциальный барьер. Следовательно, рассмотренный рп переход отличает чрез¬вычайно высокое быстродействие, ограниченное величи¬ной барьерной емкости и паразитным сопротивлением. Основные носители заряда не могут преодолеть этот по¬тенциальный барьер, но за счет малой его ширины как бы механически пробивают в нем тоннели, через которые проходят другие носители зарядов.
Таким образом, свойство односторонней проводимос¬ти на рп переходе при туннельном эффекте отсутствует, а ток через р—л-переход будет иметь три составляющие:
/ = /т.лр — /т.обр + /пр,
где /т.пр — прямой туннельный ток за счет прохож-Зия зарядов через туннели при прямом включении; Js% /т.обр — обратный туннельный ток, такой же и пря¬но при обратном включении; /пр — прямой ток проводимости, образован носителя-заряда, которые преодолевают потенциальный барьер относительно высоком прямом напряжении.
При туннельном эффекте вольтамперная характерис-" ка р-га-перехода будет иметь вид, изображенный на те. 1.23 [32].
На участке АВ прямой туннельный ток уменьшается ;а счет снижения потенциального барьера и в точке В он ^Становится равным 0, а ток проводимости незначительно |$озрастает, в итоге общий ток на участке АВ уменьшает¬ся. Особенностью туннельного эффекта является то, что |йа участке АВ-характеристики имеет место отрицательное Динамическое сопротивление Ш, которое можно найти фао следующей формуле [32]:Наличие области отрицательного сопротивления поз¬воляет применять диоды на основе туннельного эффекта в генераторах и усилителях гармонических колебаний на высокой и на сверхвысокой частотах, а также в качестве маломощных бесконтактных переключающих устройств в импульсных системах. Различают несколько видов тун¬нельных диодов по области применения в разных аппа¬ратах: переключательные, усилительные и генераторные. Туннельные диоды обладают очень малой максимальной мощностью, исчисляемой в единицах милливатт.
Рассмотрим справочные данные отечественного уни¬версального туннельного диода марки АИ101И.
Значения параметров при температуре 25 "С
5 мА
Ток пика, показывающий величину прямого тока при максимальном положении вольтамперной характеристики, при протекании которого актив¬ная часть проводимости становится равной О
6 пФ
Минимальная емкость туннельного диода
13 пФ
Максимальная емкость туннельного диода
Отношение тока пика к току впадины
0,18 В
Прямое напряжение, при котором наблюдается ток пика
1,3 нГн
Индуктивность туннельного диода
7 0м
Сопротивление диода в прямом направлении включения
80мкА
Импульсный обратный ток
0,6 В
Максимально допустимое напряжение в прямом направлении
85 °С
Максимальная температура полупроводникового кристалла туннельного диода
