Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - Tunneldioden, av Dick Lundqvist
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Tunneldioden
Dick Lundqvist, Hafo, Stockholm
The tunnel diode is a very promising new
semiconductor device. Its function depends on the
tunneling of electrons back and forth through an
extremely thin pn-junction, which is so highly
doped that the Fermi level is inside the conduction
band on the n-type side and inside the valence
band on the p-type side. By the application of a bias
voltage the bands can be moved with regard to each
other, thereby modifying the two counteracting
currents to a different degree, thus producing a net
forward or back current.
In the forward direction its characteristic has a
current maximum followed by a negative resistance
region, which can be utilized to generate very high
frequency oscillations with substantial current
swing. The limiting frequency could theoretically
be 10uHz. Practical units have been made to oscillate
at 2.10°Hz. Many interesting applications are
foreseen.
En ny giv i halvledarelektroniken ger löften om en
komponent, som kan komma att överträffa
transistorn i många viktiga avseenden och kanske ge den
elektroniska industrin en lika kraftig stöt framåt
som transistorn gjorde för 10 år sedan.
När japanen Leo Esaki 1957 studerade
egenskaperna hos germaniumdioder, som dopats mycket
kraftigare än normalt, observerade han en karakteristik,
som avsevärt skilde dem från vanliga dioder och
som illustreras av fig. 1. I ledriktning uppnår
strömmen ett mättnadsvärde vid ca 50 mV. Vid fortsatt
stegring av spänningen genomlöper
ström-spänningskurvan ett område av negativ resistans, som planar
ut vid 150—300 mV. Därefter följer en normal
ledkarakteristik. Dioden visar större motstånd i den
normala ledriktningen än i spärriktningen. En
diod med sistnämnda egenskaper förutsades av den
teori för likriktningen genom tunneleffekt, som
Wilson, Frenkel och Joffe uppbyggde 1932. Men
detta är första gången en sådan diod verkligen
har observerats, medan alla hittills studerade system
likriktat "andra vägen". Tunneldioderna har snabbt
upptagits till intensivt studium och
utvecklingsarbete vid bl.a. RCA och General Electric i USA.
Fysikalisk princip
Tunneldiodens funktion, liksom de flesta andra
halvledarelements, bygger på att elektriska
laddningsbärare passerar en pn-övergång, dvs. det skikt
i en halvledare som ligger mellan ett område med
fria elektroner som laddningsbärare (n-typ) och
ett med fria hål (p-typ). Hålet är ju emellertid
namnet på en hypotetisk partikel med egenskaperna hos
en vakant elektronnivå i halvledarkristallens
valensband. Vi kan alltså lika väl direkt säga, att vi har
övergång mellan ett område med fria (överskotts-)
elektroner i ledningsbandet och ett område med
obesatta elektronnivåer i valensbandet. I båda fal-
621.315.592
len blir den effekt vi normalt observerar en
passage av n-sidans fria elektroner över till p-sidans
valensband. Mellan n- och p-sidan uppbyggs,
sedan ett antal laddningsbärare diffunderat över, en
potentialbarriär, som bromsar fortsatt
elektron-(hål-) passage. En elektron, som nalkas
potentialbarriären, retarderas och stöts tillbaka. Det
inträffar dock att elektroner alltjämt passerar
potentialbarriären och denna passage kan äga rum på två
olika sätt.
En elektron kan ha förvärvat tillräckligt hög
energi, termiskt eller med hjälp av ett yttre fält, för att
kunna klättra över barriären. Detta är vad som
inträffar i de hittills utnyttjade spärrskiktssystemen,
där pn-övergångarna har en ofta avsevärd bredd,
1—100 [x, och de påtryckta spärrspänningarna ger
elektronerna avsevärda extra energitillskott.
Det finns emellertid också en viss liten
sannolikhet för att en elektron, som nalkas en
potentialbarriär, skall kunna passera denna, s.a.s. läcka igenom
den utan något extra energitillskott. Elektronen
söker sig en tunnel genom spärren. Den resulterande
laddningstransporten sägs därför bero på en
tunneleffekt. Denna effekt är dock endast märkbar vid
mycket liten tjocklek på spärrskiktet och avtar
ytterst snabbt med ökad bredd. För att tunneleffekten
skall kunna observeras får pn-övergångens
fysikaliska dimensioner inte överstiga 100—200 Å. Så
Fig. 1. Karakteristika för tunneldioden enligt Esaki mätt
vid 200 och 300°K. s = konventionell
spärrikt-ning, l = konventionell ledriktning.
Voltage-current characteristics of tunnel diode at
200 and 300°K.
ELTEKNIK 1959 1 161
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
