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.
Högf rekvensegenskaper
Man kan vänta sig goda liögfrekvensprestanda av
en tunneldiod, eftersom tunnelpassagen utförs av
majoritetsbärare, som inte hejdas i sina rörelser av
någon begränsad drifttid som minoritetsbärarna gör.
Låga förlusteffekter kan också förutses, eftersom den
negativa resistansen uppträder vid låga
förspänningar, ca 100 mV.
Sommers har diskuterat ledegenskaperna utgående
från det ekvivalenta schemat enligt fig. 4 a. Där är
C kapacitansen i diodens övergångsskikt, -R är dess
negativa resistans, mätt i arbetspunkten, r är
förlustmotstånden i diod och tilledningar. R är i
allmänhet stor i förhållande till r. C är mycket hög, av
storleksordningen 5 uF/cm2, vilket för en kontaktyta
med 0 ca 40 jx ger en kapacitans av nära 100 pF.
Högfrekvensimpedansen är alltså utomordentligt låg,
men detta hindrar icke dioden att fungera vid
höga frekvenser.
Fig. 4a+b ger motsvarande ekvivalenta schema
för en linjär avstämd förstärkare. Ingången är över
motståndet rlf medan utgången representeras av r„
i serie med L„. Kapacitansen C2 är tillräckligt stor
för att ha försumbar reaktans i bandpassområdet.
Sommers ger för förstärkningen det
approximativa uttrycket
där G,, är effektförstärkningen i mitten av bandet
och J f resonanskurvans bredd vid halv effekt.
Detta värde är högre för tunneldioder än för
gallerstyrda elektronrör. På motsvarande sätt anger han
den högsta frekvens vid vilken kretsen upprätthåller
självsvängning
’H\ 1/2
fo =
C
\rt
2 n R C
där i’t är oscillatorkretsens totala förlustmotstånd.
Av dessa uttryck framgår, att frekvensegenskaperna
kan kontrolleras genom förändring av RC för
övergångsskiktet. C varierar omvänt proportionellt mot
skikttjockleken, medan R bör variera proportionellt
med reciproka värdet av transmissionskoefficienten
för elektronernas tunnelpassage genom
spärrskiktet. Denna i sin tur är utomordentligt känslig för
skikttjockleken och därmed för laddningsbärarnas
koncentration. De kvalitativa sambanden kan
åskådliggöras med följande tabell
dopning skiktbredd kapacitans
R
RC
1 No 1 do I C0 l R0 l R0Co
1,5 N0 0,87 d0 1,15 C0 0.1 R0 0,11 R0C0
2 N0 0,75 d0 1,3 C0 0,01 R0 0,013 R0C0
N0 är t. ex. av storleksordningen 2.10’,J störatomer
•cm do ca 150 Å; C0 50 pF; R o 100 Q och därmed
RnC0 ca 5 ns.
Den högsta uppnåeliga frekvensgränsen kommer
troligen att bestämmas mer av de ofrånkomliga
se-rieresistanserna än av dimensionerna hos
spärrskiktet. Elektronernas löptid genom det förbjudna
energigapet är i varje fall högst 10"13 s, om de
tän-kes röra sig med termisk hastighet, men de kan
också tänkas passera gapet som en dämpad våg
med approximativ ljushastighet. Viktigare än
elektronens löptid är för övrigt den dielektriska
relaxa-tionstiden, som är den tid majoritetsbärarna behö-
Fig. 4. Ekvivalent krets för tunneldiod och med den
uppbyggd linjär förstärkare
a) tunneldioden
b) förstärkarens in- och utgång.
Equivalent circuit of tunnel diode (a) and tunnel
diode amplifier (a+b).
ver för att följa med förändringarna i den påtryckta
spänningen. Men även denna tid är ca 10~13 s. Det
kommer följaktligen att till stor del bli de tekniska
problemen vid tillverkningen, som kommer att
sätta gränserna mer än de fysikaliska processerna.
Man har hittills nått ca 2 GHz och hoppas snart nå
10 GHz. För de högsta frekvenserna räknar man med
att övergå från germanium till GaAs eller eventuellt
InSb med deras högre rörlighet hos
laddningsbärarna.
Användning
Tunneldioderna har visats vara relativt okänsliga
för sådan strålning, som alstrar gitterdefekter,
eftersom strömmen helt bäres av majoritetsbärare,
som är oberoende av förekomsten av
rekombina-tionscentra, vilka ju endast kan påverka
minoritetsbärarnas livslängd. Temperaturberoendet hos
dem är lågt. Man har visat, att tunneldioder av
germanium kan arbeta från 4°K till ca 200°C och
av kisel från 4°K till ca 400°G. Förändringarna i
mättnadsström är därvid relativt små.
Man förutser tillämpningar som självexciterad
konverter med förstärkning från diodens negativa
resistans. Den kan också användas som
negativ-resistansförstärkare med fördelaktigt låg brusfaktor.
Den Instabila karakteristikan möjliggör användning
som minnes- eller kopplingselement, som
spänningsregulator eller konstantströmkälla m.m.
Kombinationer av tunneldioder, motkopplade enstaka eller i
serier, kan utnyttjas för att ge nya kretsfunktioner
såsom symmetrisk omkoppling och stegfunktioner.
Hittills framställda dioder har kunnat arbeta upp
till 5 A (vid några hundra mV). Men man förutser,
att effektgränsen kommer att kunna höjas avsevärt.
Strömskalan kan godtyckligt förskjutas genom
ändring av kontaktarea och skiktbredd, dvs. dopning.
Tunneldioden bör kunna bli lika enkel att tillverka
som vanliga halvledardioder.
Litteratur
1. Esaki L: Phys. Rev., 109, 603 (1958).
2. Yajima T, Esaki L: J. Phys. Soc. Japan, 13, 1281 (1958).
3. Sommers H S; Jr. et al: 1959 IRE Wescon Conv. Rec., 3, 3.
4. Lesk 1 A et al: 1959 IRE Wescon Conv. Rec., 3, 9.
5. Sommers II S: Proc. IRE, 47 nr 7, 1201 (1959).
ELTEKNIK 1959 1 163
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
