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隧道二极管的特性

发布日期:2017-12-20 08:46:36 【关闭】
摘要:半导体PN结的伏安特性与其耗尽层(又称空间电荷区或阻挡层)的情况有很大关系。而耗尽层的宽度和半导体的掺杂浓度有关。低掺杂材料的耗尽层宽,高掺杂材料的耗尽层窄。耗尽层是个绝缘体,其中没有载流子,通常只有外加偏压大到足够克服势垒时,才能让载流子通过。硅的势垒约为0.7V,锗的势垒约为0.3V。在由高掺杂材料形成的PN结中,耗尽层十分窄,它对电子的流动并不构成很大的障碍。因为,只要一个小的正向或反向偏压(没有大到克服势垒)就能使载流子具有足够的能量可以通过耗尽层。这种情形叫作载流子穿透势垒的隧道效应。隧道二极管就是利用这种特性制成的。

      半导体PN结的伏安特性与其耗尽层(又称空间电荷区或阻挡层)的情况有很大关系。而耗尽层的宽度和半导体的掺杂浓度有关。低掺杂材料的耗尽层宽,高掺杂材料的耗尽层窄。耗尽层是个绝缘体,其中没有载流子,通常只有外加偏压大到足够克服势垒时,才能让载流子通过。硅的势垒约为0.7V,锗的势垒约为0.3V。在由高掺杂材料形成的PN结中,耗尽层十分窄,它对电子的流动并不构成很大的障碍。因为,只要一个小的正向或反向偏压(没有大到克服势垒)就能使载流子具有足够的能量可以通过耗尽层。这种情形叫作载流子穿透势垒的隧道效应。隧道二极管就是利用这种特性制成的。

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(a)隧道二极管的电路符号;(b)等效电路;(c)伏安特性曲线

      隧进二极管的电路符号、等效电路及其典型伏安特性曲线如上图所示。由图可见,它与普通二极管的伏安特性曲线大不相同。在很小的正向电压时,电流就开始剧增,直到出现峰点电流Ir、相应的电压为峰点电压Ur以后,电压若再增加,电流反而减小。当电压增加到Uv(称为谷点电压)时,电流达到极小值Iv(称为谷点电流)。此后随着电压的继续增加,电流又迅速增大,这一段特性和普通一极管一样。注意,隧道二极管的特性曲线在P点和V点之间,电压增加将引起电流减小,具有负阻特性。隧道二极管的反向特性也和普通二极管的不同,当反向电压从零略微增加时,电流就很剧烈地增大。

      隧道二极管的主要参数有峰流IP、峰压UP、谷流Iv、谷压Uv、峰谷比和结电容等。各种隧道二极管的峰压一般为60mV左右,谷压一般在250~400mV之间。不同型号的隧道二极管,主要差別仅在于峰流、峰谷比及结电容的不同。

      隧道二极管等效电路中的Ls为引线电感,Rs为引线和半导体材料的电阻,rd是伏安特性负阻区中典型的负限值,Cd是二极管的结电容。其典型数值一般为:Ls= 1~5μH,Rs=2~5Ω,Cd =10~20pF,,rd = 2Up/Ip(经验值)。当隧道二极管在微波频率上使用时,减小引线电感及与管壳有关的电容值特别重要,为此专门设计了同轴或带状管壳的隧道二极管,其电感Ls可减小到约0.5nH,与管壳有关的电容可做到1pF。

上一篇文章:振动的测量

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