Туннельные диоды. Энергетическая диаграмма при прямом и обратном включениях. ВАХ. Пояснить появление на ВАХ участка с отрицательным сопротивлением.

Туннельными наз. ППД, у которых за счёт туннельного эффекта на прямой ветви ВАХ существует область с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Туннельный эффект наблюдается при контакте двух ПП p- и n- типов с высокими концентрациями примесей, вследствие чего уровень Ферми ПП р-типа W_ФР располагается в валентной зоне, а уровень Ферми ПП n-типа-в зоне проводимости. Такие ПП наз. вырожденными.

Энергетическая диаграмма туннельного диода в состоянии равновесия показана на рис.3.4,а. Заштрихованные участки соответствуют энергетическим уровням, занятым электронами. При отсутствии внешнего напряжения энергетические уровни зоны проводимости ПП n-типа, занятые свободными электронами, располагаются напротив энергетических уровней валентной зоны ПП р-типа, также занятыми электронами, вследствие чего переход электронов из одной обл. в другую невозможен. Если на диод подать прямое напряжение U_ПР, то энергетические уровни n-обл. сместятся вверх, а энергетические уровни p-обл.-вниз. При этом часть занятых электронами энерг. уровней n-обл. будут располагаться напротив свободных энерг. уровней валентной зоны p-обл. В результате электроны из n-обл. будут переходить на такие же свободные энергет. уровни p-обл. и в цепи потечёт ток, направленный из p-обл. в n-обл. Этот ток, называемый пиковым I_П, будет иметь максимальное значение в том случае, когда все заполненные электронами энерг. уровни зоны проводимости n-обл. окажутся расположенными напротив свободных энерг. уровней валентной зоны р-обл. Приложенное при этом прямое напряжение к диоду наз. напряжением пика U_K.

При дальнейшем увеличении U_ПР перекрытие указанных энерг. уровней уменьшается, что приводит к уменьшению туннельного тока до 0.

Помимо туннельного тока через диод протекает и ток инжекции. В результате полный ток равен сумме туннельного тока и тока инжекции.

ВАХ туннельного диода приведена на рис.3.4,б, а его условное обозначение - на рис.3.4,в.

Кроме отмеченных параметров I_П и U_П, туннельный диод характеризуется напряжением и током впадины (U_В и I_В), напряжением раствора (U_РР), отрицательным сопротивлением R=dU/dI, определяемым на середине падающего участка ВАХ, и некоторыми другими.

Рис. 1

Рис. 2 Рис. 3