Как работает туннельный эффект в полупроводниковом диоде?

Туннельный эффект в полупроводниковом диоде работает благодаря квантовомеханическому туннелированию электронов. ru.ruwiki.ru ru.wikipedia.org

Туннельный диод представляет собой p-n-переход с сильнолегированными областями. ru.ruwiki.ru ru.wikipedia.org Чтобы добиться очень малой ширины p-n перехода для возникновения туннельного эффекта, используются полупроводники с большой концентрацией примесей. habr.com На границе полупроводников образуется обедненный слой очень малой ширины. habr.com В результате на переходе создаётся высокая напряжённость электрического поля, и туннельный эффект возникает уже при напряжении меньше одного вольта. habr.com

Процесс работы туннельного диода можно описать так: www.geeksforgeeks.org

1. Несмещённое состояние. www.geeksforgeeks.org При отсутствии подачи напряжения полоса n-типа перекрывается полупроводниковым материалом p-типа из-за сильного легирования. www.geeksforgeeks.org Из-за перекрытия электрон зоны проводимости n-типа и дырка валентной зоны p-типа находятся почти на одном уровне. www.geeksforgeeks.org
2. Состояние прямого смещения. www.geeksforgeeks.org На туннельный диод подаётся небольшое положительное напряжение. www.geeksforgeeks.org В этом состоянии часть электронов из зоны проводимости n-типа туннелирует в пустую валентную зону p-типа, что создаёт небольшой ток, протекающий через диод. www.geeksforgeeks.org
3. Увеличение напряжения. www.geeksforgeeks.org При увеличении напряжения образуется большое количество свободных электронов на n-стороне и дырок на p-стороне. www.geeksforgeeks.org Из-за увеличения напряжения увеличивается перехлёст. www.geeksforgeeks.org Энергетический уровень зоны проводимости n-типа в точности равен энергетическому уровню валентной зоны при максимальном протекании туннельного тока p-типа. www.geeksforgeeks.org
4. Если приложенное напряжение превышает пиковое напряжение. www.geeksforgeeks.org Когда напряжение увеличивается больше, чем пиковое, уровень энергии зоны проводимости на n-стороне и валентной зоны на p-стороне смещаются. www.geeksforgeeks.org Из-за этого смещения уменьшается туннелирование носителей заряда, что приводит к уменьшению туннельного тока. www.geeksforgeeks.org

Образующаяся область отрицательного дифференциального сопротивления, где увеличение напряжения сопровождается уменьшением силы тока, используется для усиления слабых сверхвысокочастотных сигналов. ru.ruwiki.ru ru.wikipedia.org