Туннельный диод
-
История и изобретение
- Туннельный диод изобретен Лео Эсаки и Юрико Куросе в 1957 году.
- Эсаки получил Нобелевскую премию по физике в 1973 году за экспериментальную демонстрацию эффекта туннелирования.
- Роберт Нойс независимо разработал идею туннельного диода, но не реализовал её.
-
Конструкция и свойства
- Туннельные диоды имеют сильно легированный P-N переход шириной около 10 нм.
- Сильное легирование нарушает запрещенную зону, что приводит к отрицательному дифференциальному сопротивлению.
- Обычно изготавливаются из германия, арсенида галлия, антимонида галлия и кремния.
-
Применение
- Используются в генераторах, усилителях, коммутационных цепях и преобразователях частоты.
- Низкая емкость позволяет работать на сверхвысокочастотных частотах.
- Ограничены радиочастотной мощностью в несколько сотен милливатт.
-
Типы туннельных диодов
- Резонансно-туннельный диод (RTD) обеспечивает высокие частоты.
- Диод металл-изолятор-диэлектрик-металл (MIIM) обеспечивает ступенчатое туннелирование.
- Диод металл-изолятор-металл (MIM) чувствителен и используется в исследовательских средах.
-
Операции прямого и обратного смещения
- При прямом смещении электроны туннелируют через барьер P-N перехода, что приводит к отрицательному дифференциальному сопротивлению.
- При обратном смещении электроны туннелируют в обратном направлении, что делает диод быстродействующим выпрямителем.
-
Технические сравнения
- В туннельном диоде напряжение обратного пробоя равно нулю, что делает его проводящим в обратном направлении.
- При прямом смещении возникает область «отрицательного сопротивления», что используется в твердотельных генераторах.
-
Области применения
- Туннельные диоды использовались в гетеродинах, триггерных схемах, счетчиках и генераторах импульсов.
- В 1977 году спутниковый приемник Intelsat V использовал микрополосковый туннельный диодный усилитель.
- Туннельные диоды также используются в малошумящих микроволновых усилителях.
-
Долговечность и надежность
- Туннельные диоды подвержены повреждениям при перегреве, но долговечны.
- Устройства, изготовленные в 1960-х годах, до сих пор функционируют.
- Позолоченные железные контакты могут подвергаться коррозии, но диод внутри обычно работает.
-
Рекомендации
- Туннельные диоды должны быть защищены от перегрузки по току.
- Продаваемые устройства основаны на GaAs и имеют соотношение Ipk=Iv 5:1 при Ipk примерно 1-20 мА.