UNIVERSITATEA 'POLITEHNICA' DIN BUCURESTI

CATEDRA DE FIZIC

LABORATORUL DE FIZIC ATOMIC SI FIZICA SOLIDULUI

BN - 120 A

DIODA TUNEL

DIODA TUNEL

1. Teoria lucrarii

Dioda tunel a fost descoperita in anul 1958 de fizicianul japonez Leo Esaki. Ea consta dintr-o jonctiune p - n cu regiuni puternic dopate. Deoarece jonctiunea este foarte subtire, electronii pot trece prin bariera de potential a stratului de baraj la o polarizare convenabila, ajungand pe starile de energie de cealalta parte a jonctiunii.

Caracteristica curent - tensiune a diodei tunel este prezentata in fig. 1.:

Fig. 1

In aceasta figura, si sunt curentul respectiv tensiunea de pic, iar si sunt curentul respectiv tensiunea de vale. Forma acestei dependente poate fi explicata calitativ prin luarea in considerare a proceselor de tunelare care au loc intr-o jonctiune p - n subtire.

Pentru semiconductorii degenerati (adica puternic dopati), diagrama benzilor de energie la echilibru termic este prezentata in fig. 2.

Fig. 2

In figura 3 sunt prezentate procesele de tunelare care au loc in diferite puncte ale caracteristicii curent - tensiune pentru dioda tunel.

a) b)

c) d)

Fig. 3

In figura 3a este prezentata situatia de echilibru termic corespunzatoare diagramei din figura 1; in acest caz electronii vor tunela uniform in ambele directii, astfel ca curentul va fi nul.

La o polarizare directa va exista un flux de electroni nenul care va tunela din starile ocupate din banda de conductie a regiunii n, spre starile libere din banda de valenta ale regiunii p. Curentul atinge un maxim cand suprapunerea starilor ocupate si libere este maxima (Fig. 3b) si scade la o valoare minima cand nu mai exista stari permise pentru tunelare de o parte si de alta a barierei (Fig. 3c). In acest ultim caz curentul tunel ar trebui sa scada la zero insa datorita tunelarii prin intermediul nivelelor locale situate in banda interzisa a semiconductorului va exista un curent finit denumit curent de vale. Pentru , prin dioda trece curentul termic care este curentul obisnuit printr-o jonctiune p - n.

2. Determinarea experimentala a caracteristicii I - U

Determinarea teoretica a caracteristicii I - U in prezenta fenomenelor de tunelare este extrem de dificila; aceasta este motivul pentru care in practica se foloseste o dependenta empirica de forma:

(1)

unde si sunt constante de material pozitive. Ele pot fi obtinute prin intermediul valorilor experimentale si . Daca luam in considerare conditiile experimentale, putem face urmatoarele aproximatii:

unde ;

;

; (2)

.

3. Montajul experimental

Pentru determinarea caracteristicii curent - tensiune a fost folosit montajul din Fig. 4:

Fig. 4

unde U reprezinta o sursa de tensiune stabilizata, P este un potentiometru care permite reglarea tensiunii de polarizare a diodei (masurata cu voltmetru V) iar A este un miliampermetru care permite masurarea curentului prin dioda.

4. Modul de lucru si prelucrarea datelor experimentale

Se determina valorile curentului pentru tensiuni cuprinse in gama 0 - 24 V; miliampermetrul se va afla pe scala de 24 mA, iar reglarea tensiunii se va face folosind potentiometrul sursei.

Se calculeaza parametrii teoretici ai dependentei I = f(U) cu ajutorul relatiei (2).

Se reprezinta pe acelasi grafic dependentele curent - tensiune, atat cea experimentala cat si cea teoretica obtinuta pe baza parametrilor calculati.

Din graficul obtinut se determina valoarea medie a rezistentei diferentiale negative corespunzatoare punctului (3) din Fig. 1.