6-mavzu. O‘tishning teshilishi. Teshilish turlari. Stablitronlar. Tunelli diodlar

Stabilitron tipi	U st, V	I max, mA	I min, mA	Rd, Om	KTK, %/ grad	Pmax, mVt
D808 D811 D813 D814 A D814 B D814D KS133A KS139A KS147A KS156A KS168A KS175A KS175J KS182A KS191A KS210B KS212J	7-8,5 10-12 11,5-14 7-8,5 8-9,5 11,5-14 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 7,5 7,5 8,2 9,1 10,0 10,8	33 23 20 40 36 24 81 70 58 55 45 18 17 15 15 14 12	1 2 1 2 1 2 3 3 3 3 3 3 3 4 3 3 0,5	6 15 18 6 10 18 65 60 56 46 28 20 16 14 18 22 13	+ 0,07 + 0,06 + 0,1 +0,07 +0.08 +0,095 -0,1 -0,12 -0,08 -0,05 +0,06 +0,06 +0,04 +0,07 +0,08 +0,07 +0,09	280 280 280 340 340 340 300 300 300 300 300 300 150 125 150 150 125

2.27-rasmda turli mamalakatlarda ishlab chiqarilgan, keng tarqalgan kam quvvatli stabilitronlarning tashqi ko‘rinishlari keltirilgan.

2.27-rasm. Ba’zi stabilitronlarning tashqi ko‘rinishi

Tunnel diodlar.

Ko‘p turdagi yarimo‘tkazgichli asboblar orasida tunnel effektiga asoslanib ishlaydigan qurilmalar alohida o‘rin tutadi. «Tunnel effekti» tushunchasi elektronlarning potensial to‘siqdan energiya yo‘qotmasdan sizib o‘tishini anglatadi. To‘g‘ri burchakli potensil to‘siq orqali elektronning o‘tish ehtimolligini qarab chiqamiz. Faraz qilaylik, elektronning energiyasi Ye potensial to‘siq balandligidan kam. Elektron x o‘qining musbat yo‘nalishi bo‘ylab harakatlanayotgan bo‘lsin (2.28-rasm). Elektronning musbat yo‘nalishdagi harakatiga mos keluvchi De-Broyl to‘lqini (1), qisman potensial to‘siqdan (2) qaytadi, qisman undan o‘tadi (3) va keyinchalik x > a.

2.28-rasm. Zarrachaning potensial to‘siq orqali tunnel o‘tishi.

Elektronning potensial to‘siq orqali o‘tish ehtimolligini topish uchun x<0, o

(2.108)

+aralayotgan uch sohaning har biri uchun Shredinger tenglamasining yechimi quyidagi ko‘rinishga ega:

x < 0,

0 < x < a (2.109)

x > a,

Bu yerda A₁, A₂, A₃, V₁, V₂, V₃ lar-doimiy koeffitsientlar, va kattaliklar mos ravishda tushayotgan va qaytgan to‘lqinlarni, kattalik o‘tgan to‘lqinni, esa cheksizlikka ketuvchi (bizning holda V₃0) qaytgan to‘lqinlarni tavsiflaydi, , , m–elektronning kattaligining massasi.

Tunnel effekti kattaligining miqdoriy xarakteristikasi uchun potensial to‘siq shaffofligi koeffitsienti tushunchasi kiritiladi. Bu kattalik tushunchasi potensial to‘siq orqali o‘tayotgan elektronlar oqimi zichligining to‘siqqa x tushayotgan elektronlar oqimiga nisbatining modulini anglatadi:

(2.110)

Elektronlar oqimini aniqlash uchun quyidagi munosabatdan foydalanamiz:

, (2.111)

bu yerda -musbat qo‘shma kattalik. (2.109) ifodani (2.111) ga qo‘yib quyidagini olamiz:

(2.112)

Elektronlar oqimini aniqlash uchun quyidagi munosabatdan foydalanamiz:

, bu yerda (2.113)

So‘ngra D₀ kattalikni kiritib, (2.113) munosabatdan potensial to‘siq shaffofligi uchun quyidagi munosabatni olamiz:

(2.114)

(2.114) munosabatdan ko‘rinadiki, ma’lum sharoitlarda elektron potensial to‘siqni energiya yo‘qotmasdan yengib o‘tar ekan. Bu holni p-n o‘tishga tatbiq qilganda bu quyidagini anglatadi. Agarda p-n o‘tishga tashqi elektr maydoni qo‘yilgan bo‘lsa, u holda elektronning valent zonasi energetik sathidan o‘tkazuvchanlik zonasidagi xuddi shunday energiyali erkin energetik sathiga o‘tish ehtimolligi mavjud bo‘ladi. Tunnel diodlarning ishlash tamoyilixuddi shunga asoslangandir. Odatdagi yarimo‘tkazgichli diodlarda farqli ravishda, tunnel diodlarni tayyorlashda yetarlicha katta miqdordagi kirishmalarga ega bo‘lgan (10¹⁸-10²⁰sm^–3) yarimo‘tkazgichlardan foydalaniladi. Ham p ham n sohalarda bunday konsentratsiyali kirishmalarning mavjud bo‘lishi kirishma sathlarning parchalanishiga va kirishma energetik zonalarning paydo bo‘lishiga olib keladi. Shu sababli, Fermi sathi ham, p ham n sohalarda ruxsat etilgan energetik zonalarda joylashadi, ya’ni yarimo‘tkazgich aynigan bo‘ladi. Tunnel diodning termodinamik muvozanat holatidagi energetik zonalar diagrammasi 2.29-rasmda keltirilgan. Keltirilgan rasmdan ko‘rinadiki, ham p ham n sohada Fermi sathi ruxsat etilgan zonada joylashadi.

2.29-rasm. Termodinamik muvozanat holatidagi tunnel diodning energetik diagrammasi

Bu holda n sohaning o‘tkazuvchanlik zonasi tubi, p sohaning valent zonasi yuqori qismidan pastroqda joylashadi. Boshqacha qilib aytganda ruxsat etilgan zonalar berkitilishi kuzatiladi. Elektron potensial to‘siq orqali sizib o‘tishi uchun, elektron bilan band bo‘lgan holat qarshisida to‘siqning ikkinchi tarafida bo‘sh (erkin) holat mavjud bo‘lishi zarur. Ruxsat etilgan energetik zonalar mavjud bo‘lgan sharoitda bu shart bajariladi. Tunnellashish jarayoni to‘g‘ri va to‘g‘ri bo‘lmasligi mumkin. To‘g‘ri tunnellashish holi 2.30-rasmda ko‘rsatilgan. Bu rasmda Ye(k) impulslar fazosida tasvirlangan, Ye(x) koordinata fazosida tasvirlangan tunnel diodning energetik diagrammasi bilan qo‘shilgan. Ko‘rinib turibdiki, bunday zonali tuzilishga ega bo‘lgan yarimo‘tkazgichda elektronlar minimum zonali o‘tkazuvchanlik sohasidan valent zona maksimumiga impulsining kattaligini o‘zgartirmasdan tunnellashishi mumkin. Boshqacha qilib aytganda, to‘g‘ri tunnellashish amalga oshishi uchun impuls fazosida o‘tkazuvchanlik zonasining tubi va valent zona yuqori qismining mos tushishi shartining bajarilishi zarur. Bu shart GaAs va GaSb kabi yarimo‘tkazgichlar uchun bajariladi. Tashqi kuchlanish bo‘lmagan holda, termodinamik muvozanat sharoitida diod orqali (2.29-rasmga qarang), chapdan o‘ng tomonga, p sohaning valent zonasidan n soha o‘tkazuvchanlik zonasining erkin holatiga valent elektronlar bilan xarakterlanadigan oqim o‘tadi. O‘ngdan chapga, n sohaning o‘tkazuvchanlik zonasidan p sohaning valent zonasi erkin holatiga o‘tkazuvchanlik zonasi elektronlari bilan xarakterlanadigan oqim o‘tadi. Bu oqimlar vaqtning ixtiyoriy momentida bir-birini muvozanatlaydi va natijaviy tok nolga teng bo‘ladi. Diodga to‘g‘ri kuchlanish berilganda, energetik zonalar chegarasining yaqinlashishi va ularning bir-biriga nisbatan siljishi sodir bo‘ladi. Elektronlarning o‘ngdan chapga tunnel o‘tishi, ya’ni n sohaning o‘tkazuvchanlik zonasidan p sohaning valent zonasiga tunnel o‘tish ehtimoli ortadi, chapdan o‘ngga, ya’ni p soha valent zonasidan n sohaning o‘tkazuvchanlik zonasiga tunnel o‘tish ehtimolligi kamayadi. Bu energetik zonalarning bir-biriga nisbatan siljishi bilan xarakterlanadi, p sohaning valent zonasida band bo‘lgan holatlar soni, ya’ni xuddi shu zonalardan elektron A sohaning o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tishi, kamayadi. Elektronlar oqimining tengligi buziladi va diod orqali tok oqib o‘ta boshlaydi. 2.31-rasmda tunnel diod energetik zonalarining o‘zaro joylashishi va uning voltamper xarakteristikasi (tavsifi) keltirilgan. Dioddagi kuchlanishning yo‘nalishi 2.31a-rasmdagi zonalar diagrammasiga mos keladi. To‘g‘ri siljish kuchlanishining keyingi ortishida n soha o‘tkazuvchanlik zonasi tubi yuqoriga siljiydi.