"Elektron qurilmalar elementlari" fani talabalar uchun elektronika va mikroprotsessor texnologiyasi, optoelektronika va displey qurilmalari, elektron o‘lchash usullari bo‘yicha kurslarni o‘zlashtirishlari uchun zarurdir

1.5 Tunnel diodni parametrlarini o‘rganish.
1958-yil Yaponiyalik olim Leo Esaki p-n o‘tishda yangi bir effektni kuzatishga muyassar bo‘ldi. U tekshirgan diod germaniyli yarimo‘tkazgichdan tayyorlangan, n- va p-qismidagi donor va akseptorlarning konsentratsiyasi 1,6·10²⁵ m^-3 va p-n o‘tishning kengligi 1,5·10^-8 m bo‘lgan diod edi. Dioddan o‘tayotgan teskari tokning miqdori to‘g‘ri yo‘nalishdagi diffuzion tokning miqdoriga qaraganda bir necha marta katta bo‘lib, deyarli temperaturaga bog‘liq bo‘lmagan. To‘g‘ri tok esa maksimum qiymatlarga ega bo‘lib, p-n o‘tishning mavjud bo‘lgan nazariyasi yordamida tushuntirish mumkin emas edi.
Analiz shuni ko‘rsatdiki, p-n o‘tishdan o‘tayotgan tok kvantomexanik tunnel effekti¹ natijasida vujudga kelar ekan. Shuning uchun bunday diodni tunnel diodi (Esaki diodi) deb yuritiladi.
n-va p-sohasi aynigan holatda bo‘lgan p-n o‘tishni ko‘rib chiqaylik. Bunday yarimo‘tkazgichlarda Fermi sathi² o‘tkazuvchanlik va valentlik zonalari ichida yotadi (1.17-rasm).




1.17 – rasm. Tunnel diodning energetik sxemasi

Muvozanat holatda Fermi energetik sathi p-n o‘tishning ikkala tomonida ham bir xil tekislikda yotadi. 1-rasmning chap tarafidagi sxemada p-tipdagi yarimo‘tkazgichda valentlik zonasining eng yuqorigi energetik sathidan µ gacha bo‘lgan energetik oraliqni µp bilan belgilangan, n-tipdagi yarimo‘tkazgichda esa o‘tkazuvchanlik zonasining eng pastki energetik sathidan µ gacha bo‘lgan energetik oraliqni µn bilan belgilangan. p-tipli yarimo‘tkazgichda µp oraliq harakatchan kovaklar bilan to‘lgan bo‘lib, n-yarimo‘tkazda µn oraliq harakatchan elektronlar bilan to‘lgandir. Muvozanat vaqtida elektronlar energiyasi potensial to‘siqdan kichik bo‘lsa ham, n-sohadan p-sohaga va aksincha tomonga tunnel effekti tufayli p-n o‘tishdan o‘tib turishi mumkin. Lekin ikkala tomonga yo‘nalgan elektronlar soni teng bo‘lganligi uchun elektr toki hosil bo‘lmaydi. Ozgina qo‘yilgan tashqi kuchlanish muvozanatni buzishga olib keladi va bir tomonga yo‘nalgan elektronlar oqimi ikkinchi tomonga yo‘nalgan elektronlar oqimidan ortib ketadi va p-n o‘tishda elektr toki hosil bo‘ladi.

1.18– rasm. Tunnel diodga to‘g‘ri kuchlanish berilganda to‘g‘ri tokning o‘zgarishi
Oldin to‘g‘ri yo‘nalishda kuchlanish qo‘yilgandagi tok miqdorining o‘zgarishini qarab chiqaylik. Tushuntirish oson bo‘lishi uchun µp = µp deb olamiz. U holda tashqi kuchlanish eV < µn bo‘lsa, kuchlanish ortishi bilan n-yarimo‘tkazgichning o‘tkazuv- chanlik zonasidan p-yarimo‘tkazgichning valent zonasidagi bo‘sh o‘rinlarga, tunnel effekti natijasida o‘tayotgan elektronlar soni ortib boradi va demak, elektr toki ham ortib boradi (1.18-a rasm). Chunki n-yarim- o‘tkazgichdagi elektronlar energiyasini o‘zgartirmagan holda p-yarimo‘tkazgich- ning valentlik zonasidagi bosh o‘rinlar soni orta boshlaydi. Bu ortib borish eV = µn bo‘lgangacha davom etadi. Tashqi kuchalnish µn / e ga teng bo‘lganda p-n

o‘tishdan o‘tayotgan tok maksimumga erishadi (1.18-b rasm). Tashqi kuchlanish yana orta boshlasa, endi tok kuchi kamaya boshlaydi (1.18-d rasm). Chunki kuchlanish ortishi bilan potensial to‘siq pasayib, n-yarimo‘tkazgichning o‘tkazuvchanlik zonasidagi elektronlar p-yarimo‘tkazgichning valent zonasiga energiyasi o‘zgarmagan holda o‘ta oladigan bosh o‘rin kamaya boshlaydi. Agar eV = µn + µp bo‘lib qolsa, tunnel toki minimal qiymatga erishadi (1.18-e rasm). Bu holda n-yarimo‘tkazgichning o‘tkazuvchanlik zonasidagi elektronlarning energiyasi p-yarimo‘tkazgichning taqiqlangan zonasidagi energiya qiymatiga mos kelib qoladi. Elektron esa taqiqlangan zonaga o‘ta olmaydi. Shuning uchun p-n o‘tishdan o‘tayotgan tok kuchi minimum qiymatga erishadi.
Tashqi kuchlanish yana orttirilsa, p-n o‘tishda diffuzion tok o‘ta boshlaydi. Bu holda tunnel diod oddiy diod xarakteristikasini beradi. eV = µn + µp bo‘lgunga qadar
tunnel toki diffuziya tokidan bir necha marta katta bo‘ladi. So‘ngra eV > µn + µp bo‘lganda, diffuzion tok rol o‘ynay boshlaydi. eV = µn + µp bo‘lganda p-n o‘tishdagi diffuzion tok amalda juda ham kichik bo‘lib, tunnel tok esa nolga teng bo‘ladi. Shuning uchun volt-amper xarakteristikasida minimal tok deyarli nolga teng bo‘lishligi kerak (1.19-rasm). Lekin tajribada