بخش دیود تونل (Tunnel diode) _ بسیار رسانا و بسیار پر فشار
سوئیچینگ بسیار سریع _ دیود تونل (Tunnel diode)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
_4hui.gif)
در ساختمان داخلی دیود تونل برای زمان های سوئیچینگ بسیار سریع آن - ده ها پیکوثانیه - در زمانی که ترانزیستورها با سرعت میلی ثانیه در امتداد حرکت می کنند، اگرچه گاهی اوقات به عنوان یک سوئیچ بسیار سریع استفاده می شود. به عنوان یک دستگاه دو ترمینالی، دیود را نمی توان به راحتی برای تقویت طراحی کرد، بر خلاف ترانزیستور سه ترمینالی، که کاربرد های مدار آن به طور نجومی در حال رشد میباشد. با این وجود، دیود تونل اولین شواهد فیزیکی را ارائه داد مبنی بر اینکه پدیده تونل زنی، یک فرض کلیدی مکانیک کوانتومی، بیش از یک نظریه جذاب است.مکانیک کوانتومی، پایه و اساس فیزیک مدرن، یک چارچوب مفهومی پیچیده است که رفتار ماده و تابش را در سطح اتمی پیش بینی می کند. یکی از اساسی‌ترین مفاهیم آن این است که مبادله انرژی در سطح زیراتمی به سطوح یا کمیت های خاصی محدود می شود - در یک کلام، کوانتیزه شده است.یک الکترون هیچ شانسی برای عبور از سد نخواهد داشت مگر اینکه انرژی آن بالاتر از سد باشد. اما با توجه به مکانیک کوانتومی، پدیده تونل زنی تضمین می کند که در شرایط خاص، الکترونی با انرژی کمتر از سد، از دیوار جهش نمی کند، بلکه درست از طریق آن تونل می زند.
در یک دیود تونل، جریان تحت یک ولتاژ رو به جلو یا بایاس نسبتاً زیاد است، در حالی که وقتی بایاس معکوس می شود جریان کمی حاصل می شود. برای یک دیود نیمه هادی، چنین رفتاری با افزودن اتم های ناخالصی به دست می آید. نیمه هادی اساکی ژرمانیوم بود. از دو نوع ناخالصی استفاده کرد. اتم های به اصطلاح دهنده الکترون های بیشتری در مدار بیرونی خود نسبت به مدار بیرونی اتم های ژرمانیوم دارند. الکترون های اضافی به الکترون های آزاد تبدیل می شوند که برای رسانایی در دسترس هستند. نیمه هادی با الکترون اضافی نوع n نامیده می شود.
به طور مشابه، اگر ژرمانیوم با اتم های ناخالصی که الکترون های کمتری نسبت به ژرمانیوم در مدار بیرونی خود نگه می دارند، دوپ شود، اتم های ناخالصی الکترون ها را از اتم های نیمه رسانا می گیرند یا می پذیرند و کمبود الکترون هایی را که به عنوان حفره ها شناخته می شوند، باقی می گذارند. نیمه هادی هایی که دارای سوراخ های زیادی هستند که هر کدام دارای بار مثبت در نظر گرفته می شوند، نیمه هادی نوع p نامیده می شود .ژرمانیوم را می توان برای ایجاد مقاطع از نوع p و n که در مقابل یکدیگر قرار می گیرند دوپ کرد و پیوند p - n را تشکیل می دهند . در یک اتصال p - n ، معمولاً یک اختلاف پتانسیل در یک منطقه باریک در نزدیکی جایی که نیمه هادی های نوع p و نوع n با هم تماس دارند ایجاد می شود . این پتانسیل داخلی مانعی در برابر عبور حفره ها به مواد نوع n و عبور الکترون ها به نوع p ایجاد می کند . اعمال یک بایاس خارجی در سراسر دیود، ارتفاع مانع را تغییر می دهد. "بایاس رو به جلو" - که با اتصال پایانه مثبت باتری به طرف p و پایانه منفی آن به طرف n به دست می آید - مانع را کاهش می دهد و به الکترون ها اجازه می دهد به راحتی از سمت n به سمت p جریان پیدا کنند. قطبیت را معکوس کنید و ارتفاع مانع افزایش می یابد و جریان الکترون ها را ممنوع می کند.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک