隧道二极管（用于高频震荡电路中的电子器件）

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更新时间：2023-05-20
隧道二极管
用于高频震荡电路中的电子器件
隧道二极管，又称为江崎二极管，它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半导体二极管，其优点是开关特性好，速度快、工作频率高；缺点是热稳定性较差。一般应用于某些开关电路或高频振荡等电路中。
基本信息
中文名
隧道二极管
应用
开关电路或高频
震荡电路
中
外文名
Tunnel diode
定义
又称为江崎二极管，它是以 隧道效应电流为主要电流分量的 晶体二极管。它的工作符合发生 隧道效应具备的三个条件：① 费米能级位于 导带和 满带内；②空间电荷层宽度必须很窄（0.01微米以下）；简并半导体P型区和N型区中的 空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。隧道二极管为双端子有源器件。其主要参数有峰谷电流比（IP/PV），其中，下标"P"代表"峰"；而下标"V"代表"谷"。简单地说，所谓"隧道效应"就是指粒子通过一个势能大于总 能量的有限区域。这是一种量子力学现象，按照经典力学是不可能出现的。隧道二极管可以被应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中（其工作频率可达毫米波段），也可以被应用于高速开关电路中。
基于重掺杂PN结 隧道效应而制成的 半导体两端器件。隧道效应是1958年日本 江崎玲于奈在研究重掺杂锗PN结时发现的，故隧道二极管又称江崎二极管。这一发现揭示了固体中电子 隧道效应的物理原理，江崎为此而获得诺贝尔奖金物理学奖。隧道二极管通常是在重掺杂 N型（或 P型）的半导体片上用快速合金工艺形成高掺杂的PN结而制成的；其掺杂浓度必须使PN结能带图中 费米能级进入N型区的 导带和P型区的 价带；PN结的厚度还必须足够薄（150埃左右），使电子能够直接从N型层穿透PN结势垒进入P型层。这样的结又称隧道结。
特点及应用
隧道二极管的主要特点是它的正向电流－ 电压特性具有负阻(见图)。这种负阻是基于电子的量子力学 隧道效应，所以隧道二极管开关速度达 皮秒量级，工作频率高达100 吉赫。隧道二极管还具有小功耗和低噪声等特点。隧道二极管可用于 微波混频、检波（这时应适当减轻掺杂，制成 反向二极管），低噪声放大、振荡等。由于功耗小，所以适用于卫星 微波设备。还可用于超高速开关逻辑电路、触发器和存储电路等。
研究不同半导体材料制成的隧道二极管的基本特性，还能深入了解半导体中的 能带结构和一些与量子力学有关的物理问题。