电子学报—江崎二极管.doc

(TunnelDiode)摘要:江崎二极管是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管,在低噪声放大、振荡、卫星微波设备等领域有所应用。本文讲述了江崎二极管(隧道二极管)的简单简介、发明者和它的伏安特性,对隧道效应及其原理也进行简单阐述。随着科技的发展,江崎二极管将在各方面得以广泛的应用和发展。关键词:隧道效应;量子力学;伏安特性;应用与发展正文1、江崎二极管的简介江崎二极管是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管,其基底材料是砷化镓和锗。它的P型区和N型区都是高掺杂的(即高浓度杂质)。隧道二极管的图片隧道二极管在电路中的表示江崎二极管也是双端子有源器件。其主要参数为峰谷电流比(IP/PV),其中,下标“P”代表“峰”;而下标“V”代表“谷”。江崎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。费米能级Fermilevel反映电子在能带中填充能级水平高低的一个参数。如果一个能带中的某一个能级的能量设为E,则该能级被电子占据的概率是符合一个函数规律的即为f(E),f(E)称为费米函数。当f(E)=1/2时,得出的E的值对应的能级为费米能级。一般近似的认为费米能级一下的能级都被电子所填充。2、江崎二极管的发明者1957年,受雇于索尼公司的江崎玲於奈(Leo Esaki,1940~)在改良高频晶体管2T7的过程中出现当增加PN结两端的电压时电流反而减少,江崎玲於奈将这种反常的负电阻现象解释为隧道效应。由于这一成就,。3、(quantumtunneling)所谓隧道效应,是指在两片金属间夹有极薄的绝缘层(厚度大约为几个nm(10-6mm),如氧化薄膜),当两端施加势能形成势垒V时,导体中有动能E的部分微粒子在E<V的条件下,可以从绝缘层一侧通过势垒V而达到另一侧的物理现象。。按照量子力学原理,在低速情况下,具有能量(动能)E的电子的波长(其中,h——普朗克常量;m——电子质量;E——电子的动能)在势垒V前:若E>V,它进入势垒V区时,将波长改变为若E<V时,虽不能形成有一定波长的波动,但电子仍能进入V区的一定深度。当该势垒区很窄时,即使是动能E小于势垒V,也会有一部分电子穿透V区而自身动能E不变。换言之,在E<V时,电子入射势垒就一定有反射电子波存在,但也有透射波存在。经典物理学认为,物体越过势垒,有一阈值能量;粒子能量小于此能量则不能越过,大于此能量则可以越过。例如骑自行车过小坡,先用力骑,如果坡很低,不蹬自行车也能靠惯性过去。如果坡很高,不蹬自行车,车到一半就停住,然后退回去。量子力学则认为,即使粒子能量小于阈值能量,很多粒子冲向势垒,一部分粒子反弹,还会有一些粒子能过去,好像有一个隧道,故名隧道效应。可见,宏观上的确定性在微观上往往就具有不确定性。虽然在通常的情况下,隧道效应并不影响经典的宏观效应,因为隧穿几率极小,但在某些特定的条件下宏观的隧道效应也会出现。(1).