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Tunnel-Diode


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Die Tunnel-Diode 1957 entdeckt von dem Japaner Leo Esaki - deshalb auch Esaki-Diode genannt ist ein Hochfrequenz Halbleiterbauelement . Sie besteht aus einem p-n-Übergang bei dem beide Seiten stark dotiert sind. Eine vielzahl kommerziell genutzter Tunneldioden aus einer n-dotierten Ge - oder GaAs -Schicht hergestellt in die eine kleinere Schicht Indium einlegiert wird (auch Indiumpille genannt). Auch Si und GaSb wurden schon zur Herstellung allerdings ist es bei Verwendung dieser Materialien eine akzeptable Gütezahl (ein grosses I P /I V Verhältniss) zu erreichen.

Strom- Spannungscharakteristik einer Tunnel Diode

Die Dotierung der p- und der Seite werden so hoch gewählt dass sie den effektiven Zustandsdichten N v und N c liegen. Die Zustandsdichten liegen in Bereichen 10 19 und 10 21 cm -3 und somit sind die Halbleitergebiete entartet. Ferminiveau liegt im Leitungsband des n- Halbleiters und im Valenzband des p-Halbleiters. Das dass sich mit Elektronen besetzte und unbesetzte auf (fast) gleichem Potenzial (Energieniveau) befinden wodurch Tunnel-Effekt eintritt. Wegen der hohen Dotierungen auf Seiten ist die Breite der Sperrschicht W bei Nullvorspannung kleiner als 100 Å. erreicht das elektrische Feld in dieser Region Werte von mehr 10 6 V/cm. Die Allgemeine Formel für die ist

<math>W=\sqrt{\frac{2\cdot\varepsilon_H\left(V_D-V\right)\cdot\left(N_A+N_D\right)}{q\cdot\ N_A\cdot\ N_D}}</math>
  
In dieser Formel sind ε H die Permittivität des Halbleiters V D die eingebaute und V die angelegte Spannung q ist die Elementarladung und N A und N D Akzeptor und Donator Konzentrationen.

Im Bild ist zu sehen dass Diode im Bereich V P < V < V V einen negativ differentiellen Widerstand darstelllt. Dieser kann an einen angeschlossenen elektrische Energie abgeben. Zum Beispiel kann ein angeschlossener entdämpft werden.

Tunneldioden können bei sehr hohen Frequenzen Verstärker (bis zu einigen 10 GHz) Schalter und Oszillatoren (bis zu 100 GHz) benutzt werden. liegt an dem trägheitsfreien quantenmechanischen Tunnelprozess der der Strom-Spannungs-Charakteristik zu erkennen ist.

Siehe auch: Josephsonkontakt Tunnel-Effekt



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