Туннельный эффект (туннелирование) – прохождение частицы (или системы) сквозь область пространства, пребывание в которой запрещено, при напряжении ниже контактной разности потенциалов, достигается за счёт создания тонкого обеднённого слоя
Свойство пропускания тока только в одном направлении получило название вентильного свойства.
Если p -область p-n -перехода соединить с положительным выводом какого-либо источника напряжения (например, батареи), а n -область – с отрицательным выводом, то электроны и дырки смогут диффундировать через переход. В результате из p -области в направлении n -области потечет существенный ток. В таком случае говорят, что переход смещен в прямом направлении. При обратном смещении, когда описанные выше подсоединения имеют противоположную полярность, от области n -типа к области p -типа потечет лишь предельно малый обратный ток.
Диоды с p-n -переходом. Диоды – это устройства, которые проводят электрический ток только в одном направлении. Следовательно, p-n -переходы идеально подходят для их использования в диодных выпрямителях, преобразующих переменный ток в постоянный.
Когда напряжение обратного смещения на диоде с p-n -переходом увеличивается до критического значения, называемого напряжением пробоя, электрическое поле в области перехода создает электроны и дырки в результате соударений носителей заряда, обладающих высокой энергией, с атомами полупроводников. В ходе этого процесса, называемого ионизацией, образуется «лавина» новых носителей, вследствие чего обратный ток при напряжении пробоя существенно возрастает.
Выпрямительные диоды (силовые диоды) - Диодные выпрямители – преобразование переменного тока в постоянный.(Мизер стр 29)
УГО: схема включения
обычно работают при обратных напряжениях ниже напряжения пробоя. Однако резкое и значительное нарастание обратного тока, происходящее при достижении напряжения пробоя, можно использовать для стабилизации напряжения или для фиксации опорного уровня напряжения. Диоды, предназначенные для таких применений, называются полупроводниковыми стабилитронами. (опорные диоды) См. также ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ.
Стабисторы – меньшее напряж стабилизации
УГО:
Емкость, зависящая от приложенного напряжения, соответствует обратно смещенному p-n -переходу. Такую управляемую напряжением емкость можно применять, например, в настраиваемых контурах: автоподстройка частоты, частотная модуляция, параметрические усилители. Диоды, в которых используются такие переходы, называют варикапами.
УГО
Эквивалентная схема:
Rn –сопротивление потерь собственных диода
Rобр – сопр p-n перехода
Варактор – варикап для умножения частоты.
туннельный или обращённый диод – имеющие на ВАХ при прямом включении участок с отрицательной проводимостью
УГО: туннельный
УГО: обращённый Миз стр40
Использование - как усилительные, переключательные, генераторные
Резкие p-n -переходы, имеющие очень малую толщину и сильно легированные с обеих сторон, находят применение в туннельных диодах, т.е. диодах, в которых электроны могут «туннелировать» сквозь переход.
Туннелирование – это квантовомеханический процесс, позволяющий некоторым электронам проходить сквозь потенциальный барьер. Как при обратном, так и при прямом смещении туннельный диод пропускает ток при очень низком напряжении. Но при некотором критическом значении напряжения прямого смещения эффект туннелирования уменьшается, и, в конечном счете, преобладающим становится прямой ток от p -области к n -области. Ток, обусловленный туннелированием, продолжает уменьшаться, пока напряжение повышается от критического уровня до некоторого более высокого значения. В этом диапазоне напряжений, где происходит уменьшение туннелирования, возникает отрицательное сопротивление, которое можно использовать в различных типах переключателей, автогенераторов, усилителей и других электронных устройств.
p-n -Переход может также находить применение в качестве фотодиода или солнечного элемента (фотоэлектрического перехода). Когда свет, который состоит из фотонов, освещает p-n -переход, атомы полупроводника поглощают фотоны, в результате чего образуются дополнительные пары электронов и дырок. Поскольку эти дополнительные носители собираются в области перехода, от n -области в p -область течет избыточный ток. Величина этого обратного тока пропорциональна скорости, с которой генерируются дополнительные носители, а эта скорость, в свою очередь, зависит от интенсивности падающего света.
В фотодиодах этот обратный ток при фиксированном напряжении обратного смещения зависит от интенсивности освещения. Поэтому фотодиоды часто используют в фотометрах и системах распознавания символов.
Полученную от p-n -перехода энергию солнечные элементы передают в подключенную к ним внешнюю нагрузку. Солнечные элементы, преобразующие солнечный свет в электричество, находят широкое применение в качестве источников электропитания для искусственных спутников Земли и в некоторых применениях на Земле. См. также БАТАРЕИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ.
Во многих полупроводниковых материалах, таких, как арсенид галлия (GaAs), фосфид галлия (GaP) и фосфид индия (InP), электроны и дырки рекомбинируют друг с другом в области p-n -перехода, смещенного в прямом направлении, излучая свет. Длина волны излучения зависит от используемого материала; обычно спектр излучения находится в пределах от инфракрасного (как в случае GaAs) до зеленого (как для GaP) участков. При надлежащем выборе материалов можно изготовить такие светоизлучающие диоды (СИД), которые будут давать излучение практически любого цвета (длины волны). Такие светодиоды применяют в цифровых наручных часах и в индикаторах электронных калькуляторов.
Инфракрасные светодиоды могут использоваться в оптических системах связи, в которых световые сигналы, посылаемые по волоконно-оптическим кабелям, детектируются фотодиодами.
Оптоэлектронные системы такого рода могут быть весьма эффективными, если используются светодиоды лазерного типа, а фотоприемники работают в лавинном режиме с обратным смещением. См. также ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА; ЛАЗЕР.