肖特基二极管的作用_江崎二极管的基础知识讲解

川崎二极管，也称为隧道二极管、隧道二极管、隧道二极管和特纳二极管，是一种可以高速开关的半导体。其开关速度可达微波频率范围。它的原理是利用量子隧道效应它是以隧道电流为主要电流成分的晶体二极管Kanazaki二极管是一种半导体二极管，由砷化镓(GaAs)和锑化镓(GaSb)等材料制成。其优点是开关特性好，速度快，工作频率高。缺点是热稳定性差。它通常应用于一些开关电路或电路，如高频振荡。

隧道二极管是江崎玲于奈于1958年8月在东京通信工业公司(索尼)发明的1973年，江崎玲于奈和布赖恩·约瑟夫森因发现上述半导体中的量子隧道效应而获得诺贝尔物理学奖。在为威廉肖克利工作时，罗伯特诺伊斯也有关于隧道二极管的想法，但没有继续研究。

二极管是由高掺杂的PN结形成的(耗尽区通常只有10 nm宽)。常用的材料包括锗、砷化镓和其他具有窄能隙的材料。由于高掺杂引起的晶格损伤，能隙之间的缺陷变得更多。此外，窄能隙材料降低了量子隧穿的势垒，从而增加了量子隧穿的电流。隧道二极管通常用于变频器和检测器。由于隧道二极管的负差分电阻，它们也可以应用于振荡器、放大器和开关电路的迟滞。

川崎二极管的运行满足三个隧穿条件:

(1)费米能级位于导带和全带；

(2)空间电荷层的宽度必须非常窄(小于0.01微米)；

(3)简并半导体的p型区和n型区中的空穴和电子有可能在相同的能级上重叠

川崎二极管是一种双端有源器件其主要参数是峰谷电流比，下标“P”代表“峰”；下标“v”代表“山谷”简而言之，所谓的“隧道效应”是指粒子通过有限的区域，其势能大于总能量。这是量子力学的一种现象，根据经典力学这是不可能的。川崎二极管可用于低噪声高频放大器和高频振荡器(其工作频率可达毫米波段)，也可用于高速开关电路。

隧穿过程的定性分析

姜奇二极管的PN结两侧都是简并半导体，掺杂浓度高达图二极管的伏安特性曲线如图1所示。川崎二极管的特性可以用退化半导体PN结的能带图定性地解释。

由于PN结两侧的高掺杂，费米能级进入各自的能带，平衡时费米能级均匀，川崎二极管PN结势垒区的能带倾斜比普通PN结更严重，势垒区的厚度更薄，平衡时的能带如下图2(a)所示。由于费米能级高于空态，费米能级以下的态充满了电子，此时没有隧道电流只有当P区和N区的费米能级在外加电压的作用下移动时，载流子移动时才能形成电流图2(b)是当PN结被反向偏置时的能带图反向偏置使p区的费米能级相对于n区的费米能级向上移动，使得p区EFP以下的一部分电子态和n区EFN以上的一部分空态处于相同的能级，并且p区的电子穿过势垒“隧道”到达n区，形成反向隧道电流对应于图1中的点1图2 (c)-(g)是当PN结正向偏置时的能带图随着正向偏置电压增加，EFN相对于EFP向上移动，对应于图2(c)。如果EFN下方的一些电子与处于空态的EFP上方的一些电子具有相同的能量，则n区域中的电子穿过隧道到达p区域以形成正向隧道电流，对应于图1中的2个点正向偏置电压增加，EFN相对于EFP向上移动，n区中的导带电子态与p区中的价带空位态重叠更多，正向隧道电流增加。当能带重叠最多时，通过隧道的载流子的数量达到最大，并且正向隧道电流达到最大，对应于图2(d)和图1中的3个点直流电压进一步增加，EFN相对于EFP向上移动，但是N区电子态和P区空态之间的重叠逐渐减少，通过隧道的N区电子的数量减少，正向隧道电流减少，对应于图2(e)和图1中的4个点当正向偏置电压增加使得向上移动到n区域的EFN电子状态不与p区域的空状态重叠时，正向隧道电流下降到最小值，对应于图2(f)和图1中的5个点当直流电压进一步增加时，出现正常的PN结注入电流，该电流随着施加的电压呈指数增加，对应于图2(g)和图1中的6个点

表明川崎二极管的伏安特性曲线有两个正斜率区和一个负斜率区从3点钟到5点钟，随着直流电压的增加，电流减小，出现负电阻。在一定的电流范围内，电压是电流的多值函数。

的主要特性和

二极管的应用是其正向电流-电压特性具有负电阻(见上文)这种负电阻是基于电子的量子机械隧穿效应，因此川崎二极管的开关速度约为皮秒，工作频率高达100千兆赫。川崎二极管还具有低功耗和低噪声的特点。川崎二极管可用于微波混频和检测(掺杂应适当减少以使二极管反向)、低噪声放大、振荡等。由于功耗低，适用于卫星微波设备。它也可用于超高速开关逻辑电路、触发器和存储电路等。

研究了由不同半导体材料制成的清崎二极管的基本特性，可以进一步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。

量子隧穿效应在量子力学中，量子隧穿效应是指微观粒子(如电子)能够穿透或穿过势垒的量子行为，尽管势垒的高度大于粒子的总能量在经典力学中，这是不可能的，但使用量子力学理论可以给出合理的解释

量子隧穿效应是太阳核聚变所依赖的机制。量子隧道效应限制了太阳的燃烧速率，是太阳聚变循环的瓶颈，从而维持了太阳的长寿。许多现代器件的工作都依赖于这种效应，例如隧道二极管、场发射、约瑟夫森结、磁性隧道结等。扫描隧道显微镜和原子钟也应用于量子隧道效应。量子隧道理论也被应用到其他领域，如半导体物理和超导体物理。从

到2017年，五位物理学家因在半导体和超导体领域研究或应用量子隧穿效应而获得诺贝尔物理学奖。

本内容由云汉欣市小编辑通过网上收集数据汇编而成。如果您想了解更多关于电子元件和电子元件行业的实时市场信息，请关注微信公众号[云汉信城]

(免责声明:该资料来自互联网，由云汉欣市小编辑编辑编辑。如果您有任何问题，请联系我们！)