Принцип действия диода Ганна

В основе принципа действия ДГ используетсяявление перехода носителейиз «центральной» энергетической долины в «боковую» (рис. 3, а), где они характеризуются большей эффективной массой m_эф2 и малой подвижностью m₂, при этом средняя дрейфовая скорость электронов (рис. 2) уменьшается с ростом поля Е. Плотность тока для «центральной» долины можновыразить формулой

_{, (1.1)}

а при Е > Е_max, все электроны перейдут в верхнюю (боковую) долину и тогда плотность тока в диоде будет иметь вид

_{, (1.2)}

где n – концентрация носителей.

а б

Рис. 3

Очевидно, что в интервалезначении E_пор < Е < Е_max на кривой рис. 3 имеется участок, соответствующий отрицательной дифференциальной проводимости G = di / dE. Эти рассуждения справедливы для случая, когда переход электронов из нижней долины в верхнюю происходит одновременно и равномерно по всему объему кристалла. Однако в действительности этот процесс сопровождается эффектом образования областей (доменов) сильного поля.

Действительно, в однородном полупроводнике, к которому приложено постоянное напряжение U₀ = E₀ L > E_пор L, локальное повышение концентрации электронов приводит к появлению отрицательно заряженного слоя (рис. 4), перемещающегося вдоль образца от катода к аноду.

Рис. 4

Возникающие при этом внутренние электрические поля Е₁ и E₂ накладываются на постоянное поле Е₀, увеличивая поле справа от слоя и уменьшая его слева (рис. 4, а). Скорость электронов справа от слоя уменьшается (рис. 2), а слева – возрастает. Это приводит к дальнейшему нарастанию движущегося слоя накопления и к соответствующему перераспределению поля (рис. 46). Обычно слой объемного накопления зарождается у катода, так как там есть область повышенной концентрации электронов и малой напряженности поля. Флюктуации, возникающие вблизи анодного контакта, вследствие движения электронов к аноду не успевают развиться.

При наличии в образце неоднородности в виде скачков концентрации, подвижностиили температуры возникает домен сильного поля. Повышение электрического поля в части образца будет сопровождаться появлением объёмного заряда на границах этого участка, отрицательного со стороны катода и положительного со стороны анода (рис. 5). После образования домена сильного поля в течение времени его движения от катода к аноду ток через диод остается постоянным. После того, как домен исчезнет на аноде, напряженность поля в образце повышается, а когда она достигнет значения Е_пор, начинается образование нового домена. При этом ток достигает максимального значения, равного

_{, (1.3)}

Процесс будет повторяться периодически с периодом, примерно равным времени прохождения доменом образца

_{/ , (1.4)}

где V_дом = V_нас (см. рис. 2).

Туннельный диод.

Туннельным диодом называют полупроводниковый диод на основе p⁺-n⁺ перехода с сильнолегированными областями, на прямом участке вольтамперной характеристики которого наблюдается n-образная зависимость тока от напряжения.

Особенности вольт-амперной характеристики туннельного диода:

Если концентрация доноров и акцепторов в эмиттере и базе диода будет N_A, N_D ~ 10²⁰ см^-3, то концентрация основных носителей будет много больше эффективной плотности состояний в разрешенных зонах p_p0, n_n0 >> N_C, N_V. В этом случае уровень Ферми будет находиться в разрешенных зонах p⁺ и n⁺ полупроводников.