Теперь допустим, что к p-n переходу приложено обратное смещение. В этом случае (рис.1.10) все энергии в n-области снижаются относительно p-области, и поток электронов из p-области в n-область резко возрастает, так как увеличивается количество заполненных уровней в полупроводнике p-типа, против которой при той же энергии лежат свободные уровни в зоне проводимости материала n-типа. Поток электронов в обратном направлении при этом уменьшается. Суммарный ток электронов обозначен стрелкой на рис.1.10, этому режиму соответствует точка 2 на рис.1.8. Увеличение обратного напряжения сопровождается ростом туннельного тока.
Рис.1.10. Туннельный диод при обратном смещении
При небольших положительных напряжениях (рис.1.11) возрастает количество электронов, туннелирующих из n-области в p-область (эти переходы указаны стрелкой) при одновременном снижении встречного потока (точка 3 на рис.1.8).
При
дальнейшем повышении прямого напряжения перекрытие разрешенных зон проходит
через максимум и начинает уменьшаться, это приводит к снижению туннельного тока
(точка 4 на рис.1.8). Увеличение входного напряжения до величины 
, когда 
совпадает
с 
, приводит к уменьшению туннельного
тока до нуля.
Рис.1.11. Туннельный диод при малом прямом смещении
Однако по мере повышения прямого смещения на p-n переходе высота потенциального барьера понижается, и будет возрастать диффузионный ток основных носителей заряда, способных преодолеть снижающийся потенциальный барьер. Ток будет увеличиваться по тому же закону, что и в обычном диоде (точка 5 на рис.1.8). Соответствующая зонная диаграмма представлена на рис. 1.12.
Из рисунка 1.13 следует, что наибольшее различие в вольт-амперной характеристике, рассчитанной теоретически и измеренной экспериментально, проявляются в области минимума тока, где его реальная величина существенно превосходит сумму расчетных значений для туннельной и диффузионной составляющих. В этой области существенное влияние оказывает изменение плотности состояний вблизи краев запрещенной зоны вырожденного полупроводника. Этот эффект проявляется в возникновении хвостов плотности
Рис.1.12. Туннельный диод при прямом смещении, соответствующем спаду тока.
Рис.1.13. Прямая ветвь вольтамперной характеристики туннельного диода.
1-экспериментальная кривая; 2-туннельный ток; 3-диффузионный ток.
состояний, заходящих в запрещенную зону. Учет данного явления показывает, что туннельный ток не спадет до нуля при
,
так как при этом еще наблюдается перекрытие разрешенных состояний в n- и p- областях. Вторым существенным фактором, объясняющим увеличение реального тока в области минимума ВАХ туннельного диода, является наличие в запрещенной зоне полупроводника глубоких примесных уровней, которые обеспечивают избыточный туннельный ток при прямом смещении. Протекающий туннельный ток зависит от суммарной концентрации примесных состояний и их расположения в запрещенной зоне полупроводника.
Благодаря наличию участка отрицательного дифференциального сопротивления туннельный диод может быть использован для усиления и генерации колебаний. Принципиальным недостатком этих приборов, ограничивающим их практическое применение, является малая выходная мощность, что связано с незначительным изменением тока и напряжения на участке отрицательного дифференциального сопротивления. Наличие избыточного тока отрицательно сказывается на параметрах диода, так как приводит к снижению перепада тока на рабочем участке ВАХ.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.