隧道二极管2

• (1)隧道结所加的电压为0时，；两边有相同的量子态， 但n区和m区的费米能级相等，在结的两边，费米能级 以下没有空量子态，而费米量级以上没有电子占据，所 以，隧道电流为0. • (2)加一个很小的电压时，n区能带相对于p区将升高qv， 在两边相等的量子态中，p区价带的费米能级以上有空 p 量子态，而n区导带的费米能级以下有量子态被占据， 所以，n区导带中的电子有可能穿过隧道到p区价带中， 从而产生正向电流。 • （3）继续增大正向电压，势垒高度不断下降，有更多 的电子从n区穿过隧道到p区的空量子态，使隧道电流不 断增大。当正向电流增大到I时，这时，p区的费米能级 与n区的导带底一样高，而且能量相同的量子态最多，n 区导带中的电子可能部穿过隧道到p区价带的空量子态 区去，正向电流达到最大值。
隧道二极管
• 引语（隧道二极管应用图）
简介
应用
隧道二极管
隧道效应
二极管特性
隧道二极管
又称为江崎二极管,它是以隧道效应电流为 主要电流分量的晶体二极管。是采用砷化 镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混 合制成的半导体二极管基于重掺杂PN结隧 道效应而制成的半导体两端器件。
隧道效应
• 隧道效应，是指在两片金属间夹有极薄的 绝缘层（厚度大约为1nm（10-6mm），如 氧化薄膜），当两端施加势能形成势垒V时， 导体中有动能E的部分微粒子在E＜V的条 件下，可以从绝缘层一侧通过势垒V而达到 另一侧的物理现象。
Vv
• （6）对于硅、锗pn结来说，正向电压大于Vv， 一般的扩散电流开始成为主要的这时隧道结合一 般的pn结的正向特性基本一样。 • （7）加反向电压时，p区能带相对n区能带升高。 7 p n 在两边能量相同的量子态范围内，p区的价带中费 米能级以下的量子态被电子占据，而n区导带中费 米能级以上有空的量子态。因此，p区的价带电子 就可以穿过隧道到n区导带中，产生反向隧道电流。 随着反向电压的增大，穿过隧道电子数大大增大， 反向电流迅速增加。
PN结隧道效应
• 由重掺杂的p区和n区形成的PN结即隧道结。 n型半导体的费米能级进入了导带，p型半导体的 费米能级进入了价带，在没有外加电压，处于热 平衡状态时，n区和p区的费米能级相等。n区导 带底比p区价带顶还低，因此，在n区的导带和p 区的价带中出现具有相同能量的量子态。在重掺 杂情况下，杂质浓度大，势垒区很薄，由于量子 力学的隧道效应，n区导带的电子可能穿过禁带， 到p区价带，p区价带电子也可能穿过禁带到n区 导带，从而有可能产生隧道电流。随着长度越短， 电子穿过隧道的概率越大，隧道电流越显著。
• 隧道二极管的工作符合发生隧道效应具备 的三个条件：①费米能级位于导带和满带 内；②空间电荷层宽度必须很窄（0.01微米 以下）；简并半导体P型区和N型区中的空 穴和电子其电流和电压间的变化关系与一般半导体 二极管不同。当某一个极上加正电压时， 通过管的电流先将随电压的增加而很快变 大，但在电压达到某一值后，忽而变小， 小到一定值后又急剧变大；如果所加的电 压与前相反，电流则随电压的增加而急剧 变大。
• （4）在增大正向电压，势垒高度进一步降低，在 结两边的能量相同的量子态减少，使n区导带中可 能穿过隧道的电子数以及p区的价带中可能接受穿 过隧道的电子的空量子态均减少，，这时，隧道 电流减小，出现负阻。 • （5）正向电压加到vv时，p区价带和n区导带没 有相同的量子态，因此不能发生隧道穿通，隧道 电流应该减少到0.但是，实验证明，当v=vv时， 由于能带边缘的延伸，n区导带向下延伸，p区价 带向上延伸，于是仍存在能量相同的量子态，形 成谷值电流
• 经典物理学认为，物体越过势垒，有一阈值能量； 粒子能量小于此能量则不能越过，大于 • 此能量则可以越过。例如骑自行车过小坡，先用 力骑，如果坡很低，不蹬自行车也能靠惯性过去。 如果坡很高，不蹬自行车，车到一半就停住，然 后退回去。 • 量子力学则认为，即使粒子能量小于阈值能 量，很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会 有一些粒子能过去，好像有一个隧道，故名隧道 效应（quantum tunneling）