при токе.

Вольтамперная характеристика туннельного диода (рис. 13.2) описывается следующими основными параметрами: величиной тока I р, соответствующей максимуму (пику) вольтамперной характеристики, и напряжением на дио1е при токе максимума Up, величиной минимального тока /j,, соответствующей минимуму вольтамперной характеристики, и напряжением минимума L/,; напряжением Up, соответствующим напряжению на диоде равном /р на диффузионной ветви характеристики.

Все параметры диода в той или иной степени определяются свойствами полупроводниковых материалов. Из рассмотрения работы туннельного диода (рис. 13.1, е) видно, что напряжения -Up и и.у определяются положением уровня Ферми, т. е. величинами е„, р, зависящими от степени легирования полупроводниковых материалов.

Плотность туннельного тока в зависимости от свойств применяемых материалов определяется в основном изменением вероятности туннеяировавия электронов сквозь потенциальный барьер р-п перехода.

Величина тока минимума также сильно зависит от вероятности туннелирования и, кроме того, определяется плотностью уровней в запрещенной, зоне полупроводюжо-вого материала, благодаря которым может существовать

туннельный ток при напряжениях U > q"-

Напряжение Up определяется в основном шириной запрещенной зоны в полупроводниковом материале й несколько увеличивается с ростом плотности туннельного тока IplC.

Зависимость емкости С, приходящейся на единицу площади перехода, от свойств полупроводникового материала определяется формулой

Рис. 13.2. Параметры вольтамперной характеристики туннельного диода.

С»8,3-10-5 I

пф/см?.

Удельная емкость в туннельных и обращенныхдиодах составляет 1 - 3 мкф/см. Поэтому для получения малых емкостей диодов (1 - 10 пф) необходимо, чтобы площадь р-п перехода не превышала Ю-е - fQ-? см

Туннельные диоды могут работать в широком интервале температур (от нескольких сот градусов Цельсия до абсолютного нуля). Соответствующим выбором степени легирования материала можно добиться минимальной зависимости тока максимума /р от температуры для заданного интервала температур.

Меняя степень легирования, можно получить оптимальное сочетание параметров диода для данного применения. Так, например, германиевые диоды, изготовленные из слаболегированного материала, обладают малыми шумами при работе в усилительном режиме, но имеют сильную температурную зависимость тока /р и посредственные высокочастотные свойства; термостабильные диоды из более сильнолегированного материала обладают большими шумами; наиболее высокочастотные диоды на сильнолегированном германии обладают еще большим шумом и сильной температурной зависимостью 1р.

Вследствие малой инерционности туннельного эффекта отрицательное сопротивление практически от частоты не зависит. Наличие широкополосного отрицательного сопротивления и резкая нелинейность вольтамперной характеристики туннельного диода позволяют использовать его как активный элемент в различных радиотехнических устройствах: усилителях, генераторах, смесителях с уси-лени-ем в диапазоне волн вплоть до миллиметровых. Кроме того, на туннельных диодах можно строить различные импульсн11е устройства - триггеры, мультивибраторы, спусковые схемы с очень малыми временами переключения.

13.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТУННЕЛЬНЫХ И ОБРАЩЕННЫХ ДИОДОВ

Для изготовления туннельных диодов в настоящее бремя используют германий, арсенид гал-лия и антимонид галйия. На рйс. 13.3 показаны типовые вольтамперные характеристики туннельных диодов из перечисленных материалов.

Кремний для изготовления туннельных диодов применяется сравнительно редко, так как кремниевые туннельные

диоды обладают малым отношением IplL, как правило, не превышающим 3.

Туннельные диоды из арсенида галлия, имеющие наиг больший раствор вольтамперной характеристики й широкую область отрицательного сопротивления, используются преимущественно для генерировайия СВЧ колебаний и в схемах переключения.

0.4 С

0,25

0,75

1,0 и, 6

Рис. 13,3. Вольтамперные характеристики

туннельных диодов из различных материалюв:

/ - из ареенийа гал.пия; 5-из германия; S -из антимонида галлия.

Диоды из антимонида галлия обладают наименьшим уровнем шумов. Они предпочтительнее дли использования в при-емо-усилйтельных устрайствах СВЧ.

Наиболее широко распространенными диодами явл.яются германиевые. Они являются h-аиболее надежными-и обладают большой стабильностью параметров в различных режимах работы.

Обращенными принято называть туннельные диоды со столь Мальши значениями /р, что сопротивление в проводящем направлении превышает сопротивление в запорном направлении.

эыстродействие туннельных диодов определяется отношением /р/с, котороеувеличивается с увеличением концентрации примеси в исходном материале, так как при этом