Значение ТУННЕЛЬНЫЙ ДИОД в Большой советской энциклопедии, БСЭ

ТУННЕЛЬНЫЙ ДИОД

диод, двухэлектродный электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, в котором имеется очень узкий потенциальный барьер, препятствующий движению электронов; разновидность полупроводникового диода . Вид вольтамперной характеристики (ВАХ) Т. д. определяется главным образом квантово-механическим процессом туннелирования (см. Туннельный эффект ) , благодаря которому электроны проникают сквозь барьер из одной разрешенной области энергии в другую. Изобретение Т. д. впервые убедительно продемонстрировало существование процессов туннелирования в твёрдых телах. Создание Т. д. стало возможно в результате прогресса в полупроводниковой технологии, позволившего создавать полупроводниковые материалы с достаточно строго заданными электронными свойствами. Путём легирования полупроводника большим количеством определённых примесей удалось достичь очень высокой плотности дырок и электронов в р - и n- областях, сохранив при этом резкий переход от одной области к другой (см. Электронно-дырочный переход ) . Ввиду малой ширины перехода (50-150 Å) и достаточно высокой концентрации легирующей примеси в кристалле, в электрическом токе через Т. д. доминируют туннелирующие электроны. На рис. 1 приведены упрощённые энергетические диаграммы для таких р - n - переходов при четырёх различных напряжениях смещения U. При увеличении напряжения смещения до U1 межзонный туннельный ток ( it на рис. 1 , б)возрастает. Однако при дальнейшем увеличении напряжения (например, до значения U2, рис. 1 , в) зона проводимости в n-oбласти и валентная зона в р-области расходятся, и ввиду сокращения числа разрешенных уровней энергии для туннельного перехода ток уменьшается - в результате Т. д. переходит в состояние с отрицательным сопротивлением . При напряжении, достигшем или превысившем U3 ( рис. 1 , г) , как и в случае обычного р - n-перехода, будет доминировать нормальный диффузионный (или тепловой) ток.

Первый Т. д. был изготовлен в 1957 из германия ; однако вскоре после этого были выявлены др. полупроводниковые материалы, пригодные для получения Т. д.: Si, InSb, GaAs, InAs, PbTe, GaSb, SiC и др. На рис. 2 приведены ВАХ ряда Т. д. В силу того что Т. д. в некотором интервале напряжений смещения имеют отрицательное дифференциальное сопротивление и обладают очень малой инерционностью, их применяют в качестве активных элементов в высокочастотных усилителях электрических колебаний, генераторах и переключающих устройствах.

Л. Эсаки.

От редакции. Т. д. был предложен в 1957 лауреатом Нобелевской премии Л. Эсаки , поэтому Т. д. называют также диодом Эсаки

Лит.: Esaki L., New phenomenon in narrow germanium р - n junctions, 'Physical Review', 1958, v. 109, | 2; его же, Long journey into tunnelling, 'Reviews of modern Physics', 1974, v. 46, | 2.

Большая советская энциклопедия, БСЭ.