نحوه کار دیود تونل

نحوه کار دیود تونل:
در این بخش، نحوه کار دیود تونلی را در قالب چند مرحله بیان می کنیم.

مرحله اول: دیود تونلی بایاس نشده:
زمانی که هیچ ولتاژی به دیود تونل اعمال نشود، دیود در مد بایاس نشده است. در دیود تونلی، به دلیل شدت آلاییدگی، باند هدایت مربوط به نیمه رسانای نوع n با باند ظرفیت نیمه رسانای نوع p هم پوشانی دارد.

به دلیل این هم پوشانی، الکترون های باند هدایت نیمه رسانای نوع n و حفره ها در نیمه رسانای نوع p تقریبا در یک سطح انرژی هستند. پس زمانی که دما افزایش یابد، تعدادی از الکترون ها از باند هدایت نیمه رسانای نوع n به باند ظرفیت نیمه رسانای نوع p تونل می زنند.

به طریق مشابه حفره های باند ظرفیت نیمه رسانای نوع p نیز به باند هدایت نیمه رسانای نوع n تونل می زنند. با وجود این، مجموع جریان در گردش صفر می شود، زیرا تعداد برابری از حامل های بار در جهت مخالف یکدیگر به جریان در می آیند.

مرحله دوم: اعمال ولتاژ کوچک به دیودهای تونلی:
زمانی که یک ولتاژ کوچک کمتر از ولتاژ داخلی ناحیه تخلیه به دیود تونل اعمال شود، هیچ جریان مستقیمی در پیوند هدایت نخواهد شد.

اما تعداد کمی از الکترون های باند هدایت نیمه رسانای نوع n به فضاهای خالی باند ظرفیت نیمه رسانای p خواهند رفت و منجر به ایجاد یک جریان تونل بایاس مستقیم کوچک خواهند شد. بنابراین جریان تونل با اعمال یک ولتاژ کوچک به گردش در خواهد آمد.

مرحله سوم: افزایش تدریجی ولتاژ اعمالی:
زمانی که ولتاژ اعمالی به دیود تونلی تدریجا افزایش یابد، تعداد زیادی از الکترون ها در سمت n و حفره ها در سمت p ایجاد خواهند شد.

به دلیل افزایش تدریجی ولتاژ، هم پوشانی باندهای ظرفیت و هدایت رفته رفته افزایش می یابد. به عبارت دیگر، سطح انرژی باند هدایت نیمه رسانای نوع n دقیقا با سطح انرژی باند ظرفیت نیمه رسانای نوع p برابر می شود. در نتیجه، بیشینه جریان تونل به گردش در می آید.

مرحله چهارم: افزایش بیشتر ولتاژ اعمالی:
اگر ولتاژ اعمالی بیشتر افزایش یابد، ناهماهنگی جزئی در باند ظرفیت و باند هدایت به وجود خواهد آمد، زیرا باند هدایت نیمه رسانای نوع n و باند ظرفیت نیمه رسانای نوع p در آستانه هم پوشانی هستند.

الکترون ها از باند هدایت ناحیه n به باند ظرفیت ناحیه p تونل می زنند و منجر به ایجاد یک جریان کوچک می شوند. بنابراین جریان تونل شروع به کاهش خواهد کرد.

مرحله پنجم: افزایش شدید ولتاژ اعمالی:
اگر ولتاژ اعمالی به شدت افزایش یابد، جریان تونل به صفر خواهد رسید. در این نقطه، باند ظرفیت و باند هدایت دیگر هم پوشانی نخواهند داشت و دیود تونلی دقیقا مانند یک دیود معمولی پیوند p-n عمل خواهد کرد.

اگر این ولتاژ اعمالی بزرگ تر از ولتاژ داخلی ناحیه تخلیه باشد، جریان بایاس مستقیم تنظیم شده از دیود تونلی عبور خواهد کرد.

قسمتی از منحنی که در آن با افزایش ولتاژ جریان کاهش می یابد، ناحیه مقاومت منفی در دیود تونلی است.

مقاومت منفی مهم ترین و پرکاربردترین مشخصه دیودهای تونلی است. یک دیود تونلی در ناحیه مقاومت منفی می تواند به عنوان تقویت کننده یا نوسان ساز مورد استفاده قرار گیرد.