Действие внешнего напряжения p-n-переходах сильно легированных полупроводников - Туннельный диод и его свойства

В туннельном диоде материал должен быть сильно легированным, чтобы уровень Ферми n-области находился в зоне проводимости, а уровень Ферми р-области -- в валентной зоне (а). При таком легировании с концентрацией примеси 1019 - 1020 см-3 примесные состояния перестают быть изолированными в кристалле. Они начинают перекрываться с зоной проводимости или валентной зоной: уровень Ферми при этом смещается в одну из зон и газ носителей заряда в этой зоне становится вырожденным. Это приводит не только к очень малой ширине р -- n-перехода (~1 нм), но и к очень важному изменению вольтамперной характеристики диода. Обедненный слой становится настолько тонким, что туннелирование электронов происходит даже при очень небольших смещениях.

Принцип действия туннельного диода. Вследствие сильного легирования уровень Ферми не находится в запрещенной зоне, а -- нулевое смещение; б -- обратное смещение; в -- небольшое прямое смещение; г -- большое прямое смещение.

Рассмотрим сначала случай обратного смещения (б). Если к туннельному диоду приложить обратное напряжение, то электроны из р-области (с энергиями в верхней части валентной зоны, т. е. электроны, образующие ковалентные связи), непосредственно окажутся (и физически, и по энергии) напротив вакантных состоянии n-области, и через переход потечет туннельный ток. Таким образом, в этом случае диод действует как обычный проводник. Подобный эффект имеет место при туннельном пробое в стабилитроне.

Если же к туннельному диоду приложить небольшое прямое напряжение (в), то он будет вести себя как проводник вплоть до некоторого критического напряжения, при котором энергия дна зоны проводимости n-области сравняется с потолком валентной зоны р-области. При этом туннельный эффект прекращается, поскольку для электронов зоны проводимости не оказывается разрешенных энергетических состояний по другую сторону перехода. При прямом напряжении, превышающем напряжение отсечки туннельного тока (г), проводимость, как и в обычном диоде, целиком обеспечивается тепловым возбуждением электронов.

Похожие статьи




Действие внешнего напряжения p-n-переходах сильно легированных полупроводников - Туннельный диод и его свойства

Предыдущая | Следующая