隧道二極管

　　定義

　　它的工作符合發(fā)生隧道效應(yīng)具備的三個(gè)條件：①費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶和滿帶內(nèi)；②空間電荷層寬度必須很窄（0.01微米以下）；簡(jiǎn)并半導(dǎo)體P型區(qū)和N型區(qū)中的空穴和電子在同一能級(jí)上有交疊的可能性。隧道二極管為雙端子有源器件。其主要參數(shù)有峰谷電流比（IP/PV），其中，下標(biāo)“P”代表“峰”；而下標(biāo)“V”代表“谷”。簡(jiǎn)單地說，所謂“隧道效應(yīng)”就是指粒子通過一個(gè)勢(shì)能大于總能量的有限區(qū)域。這是一種量子力學(xué)現(xiàn)象， 按照經(jīng)典力學(xué)是不可能出現(xiàn)的。隧道二極管可以被應(yīng)用于低噪聲高頻放大器及高頻振蕩器中（其工作頻率可達(dá)毫米波段），也可以被應(yīng)用于高速開關(guān)電路中。

　　基于重?fù)诫sPN結(jié)隧道效應(yīng)而制成的半導(dǎo)體兩端器件。隧道效應(yīng)是1958年日本江崎玲於奈在研究重?fù)诫s鍺PN結(jié)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，故隧道二極管又稱江崎二極管。這一發(fā)現(xiàn)揭示了固體中電子隧道效應(yīng)的物理原理，江崎為此而獲得諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(xué)獎(jiǎng)。隧道二極管通常是在重?fù)诫s N型（或 P型）的半導(dǎo)體片上用快速合金工藝形成高摻雜的PN結(jié)而制成的；其摻雜濃度必須使PN結(jié)能帶圖中費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入N型區(qū)的導(dǎo)帶和P型區(qū)的價(jià)帶；PN結(jié)的厚度還必須足夠薄（150埃左右），使電子能夠直接從N型層穿透PN結(jié)勢(shì)壘進(jìn)入P型層。這樣的結(jié)又稱隧道結(jié)。

　　特點(diǎn)及應(yīng)用

　　隧道二極管的主要特點(diǎn)是它的正向電流－電壓特性具有負(fù)阻（見圖）。這種負(fù)阻是基于電子的量子力學(xué)隧道效應(yīng)，所以隧道二極管開關(guān)速度達(dá)皮秒量級(jí)，工作頻率高達(dá)100吉赫。隧道二極管還具有小功耗和低噪聲等特點(diǎn)。隧道二極管可用于微波混頻、檢波（這時(shí)應(yīng)適當(dāng)減輕摻雜，制成反向二極管），低噪聲放大、振蕩等。由于功耗小，所以適用于衛(wèi)星微波設(shè)備。還可用于超高速開關(guān)邏輯電路、觸發(fā)器和存儲(chǔ)電路等。

　　研究不同半導(dǎo)體材料制成的隧道二極管的基本特性，還能深入了解半導(dǎo)體中的能帶結(jié)構(gòu)和一些與量子力學(xué)有關(guān)的物理問題。