您好,欢迎光临商城! 登录  |  注册
您还可以使用以下账号
|定制产品|DIY/体验|意见反馈|帮助中心
0
服务热线:027-59901231
下架区 分销商登录 积分商城 订单查询 限时抢购 团购 品牌专卖 优惠活动中心
首页 > 文章详细

隧道二极管的原理

发布日期:2017-12-20 15:18:42 【关闭】
摘要:隧道二极管特性的形成原因就在于其掺杂特別重,约为1019/cm3的数量级,是普通二极管的104~105倍。杂质数量的巨大增加引起了 PN结质的变化。下图所示,能带图进行说明。图中阴影范围代表有电子存在的区域。为简化讨论,近似认为在N型半导体中,电子只占据导带中低于费米能级的能级,而P型半导体中价带电子只占据价带中低于费米能级的能级,高于费米能级的那些能级是空着的。

      隧道二极管特性的形成原因就在于其掺杂特別重,约为1019/cm3的数量级,是普通二极管的104~105倍。杂质数量的巨大增加引起了 PN结质的变化。下图所示,能带图进行说明。图中阴影范围代表有电子存在的区域。为简化讨论,近似认为在N型半导体中,电子只占据导带中低于费米能级的能级,而P型半导体中价带电子只占据价带中低于费米能级的能级,高于费米能级的那些能级是空着的。

gooxiancom-隧道二极管-2

隧道二极管在不同偏压下的能带图

(a)零偏压、(b)N导带对P空价带、(c)N导带对P空价带和禁带、(d)N导带对P禁带、(e)反偏压

      图(a)是零偏置的情况。此时,N型半导体的费米能级和P型半导体的费米能级处于同—水平上,由于隧道效应,电子既可从N型半导体的导带流向P型半导体的价带,也可反向流动。在热平衡状态下,两个电流相等并相互抵消。于是外电路电流为零,相当于伏安特性曲线上的O点。

      当加上一个小的正向偏压时,势垒高度有所降低。这时,从N型半导体导带流向P型半导体价带的隧道电子数仍不变,但从P型半导体价带流向N型乍导体导带的隧道电子数却减少了,从而出现了隧道电流,使PN结有正向电流通过。随着正向电压的增加,势垒高度进一步降低,直到图(b)那样,N型导带中的电子面对P型价带中空着的能级,而P型价带中的电子则面对着N型的禁带。要发生隧道效应,电子的最初状态和最后状态的能量及动量必须分别守恒,因此电子只能沿着能带图中的水平方向穿越阻挡层。于是,N型导带中的电子可以大量地穿越阻挡层占据P型价带中空着的能级,而P型价带中的电子因面对N型禁带,则不可能进入N型半导体。由于这种隧道效应,外电路将产生大的正向电流,相与于伏安特性曲线上峰点P处的情形。

      正向偏压继续加大时,能带如图(c)所示。由干N型半导体上部能级中的电子面对P型半导体的禁带而不可能进入,因而能通过隧道效应进入P型半导体的电子反而减少。在这种情况下,电流随电压增大而减小,这与伏安特性曲线的P、V区间相对应。图(d)相当于伏安持性曲线上谷点V的情况。此时N型导带底与P型价带顶处于同一水平,N型导带中的电子面对P型禁带,P型价带中的电子面对N型禁带,都不能产生隧道电流。但因正向偏压使势垒高度减小,虽然隧道电流为零,却存在扩散电流。所以谷点V的电流并不为零。而且,自谷点以后,随着正向偏压的增加,扩散电流也随之增加,其持性就和普通二极管类似了。

      当加反向偏压时,P型一侧所有的能级都升高了,如图(e)所示。由于N型导带中的电子对着P型价带中已被电子占据的能级,所以能穿越阻挡层进入P型的较少,而P型价带中能级较高的电子正对着N型导带中空着的能级,所以有大量电子穿越阻挡层进入N型半导体。由此产生很大的反向电流。随着反向电压的增加,P型侧的能带进一步升高,于是P型价带中便有更多的能级对着N型导带中空着的能级,因而反向电流迅速增大。

上一篇文章:噪声的测试
下一篇文章:振动的测量

文章评论

当前评论文章【隧道二极管的原理】
昵称:
电子邮箱:
内容:
 
  • 验证码:

相关商品