电子学报—江崎二极管

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1、江崎二极管(TunnelDiode)摘要：江崎二极管是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管，在低噪声放大、振荡、卫星微波设备等领域有所应用。本文讲述了江崎二极管（隧道二极管）的简单简介、发明者和它的伏安特性，对隧道效应及其原理也进行简单阐述。随着科技的发展，江崎二极管将在各方面得以广泛的应用和发展。关键词：隧道效应；量子力学；伏安特性；应用与发展正文1、江崎二极管的简介江崎二极管是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管，其基底材料是砷化镓和锗。它的P型区和N型区都是高掺杂的（即高浓度杂质）

2、。隧道二极管的图片隧道二极管在电路中的表示江崎二极管也是双端子有源器件。其主要参数为峰谷电流比（IP／PV），其中，下标“P”代表“峰”；而下标“V”代表“谷”。江崎二极管通常是在重掺杂N型（或P型）的半导体片上用快速合金工艺形成高掺杂的PN结而制成的；其掺杂浓度必须使PN结能带图中费米能级进入N型区的导带和P型区的价带；PN结的厚度还必须足够薄（150埃左右），使电子能够直接从N型层穿透PN结势垒进入P型层。这样的结又称隧道结。费米能级Fermilevel反映电子在能带中填充能级水平高低的一个

3、参数。如果一个能带中的某一个能级的能量设为E，则该能级被电子占据的概率是符合一个函数规律的即为f（E），f（E）称为费米函数。当f（E）=1/2时，得出的E的值对应的能级为费米能级。一般近似的认为费米能级一下的能级都被电子所填充。2、江崎二极管的发明者1957年，受雇于索尼公司的江崎玲於奈（Leo Esaki，1940～）在改良高频晶体管2T7的过程中出现当增加PN结两端的电压时电流反而减少，江崎玲於奈将这种反常的负电阻现象解释为隧道效应。由于这一成就，他与B.D.约瑟夫逊和I.贾埃佛共同获得1

4、973年度诺贝尔物理学奖。3、隧道效应及其原理3.1隧道效应（quantumtunneling）所谓隧道效应，是指在两片金属间夹有极薄的绝缘层（厚度大约为几个nm（10-6mm），如氧化薄膜），当两端施加势能形成势垒V时，导体中有动能E的部分微粒子在E

5、前：若E>V，它进入势垒V区时，将波长改变为若E

6、为，即使粒子能量小于阈值能量，很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会有一些粒子能过去，好像有一个隧道，故名隧道效应。可见，宏观上的确定性在微观上往往就具有不确定性。虽然在通常的情况下，隧道效应并不影响经典的宏观效应，因为隧穿几率极小，但在某些特定的条件下宏观的隧道效应也会出现。3.3发生隧道效应的条件（1）.费米能级位于导带和满带内；（2）.空间电荷层宽度必须很窄（0.01微米以下）；（3）.简并半导体P型区和N型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。补充：【导带】conductionba

7、nd：是指由自由电子形成的能量空间。即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。对于金属，所有价电子所处的能带就是导带。对于半导体，所有价电子所处的能带是所谓价带，比价带能量更高的能带是导带。在绝对零度温度下，半导体的价带(valenceband)是满带(见能带理论)，受到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带(forbiddenband/bandgap)进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带——导带。【满带】（filledband）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。

8、在晶体中电子的运动状态与孤立原子的电子状态有所不同。由于电子的共有化运动。原子中每一电子所在能级都分裂为能带。　　如在原子中一样，晶体中电子的能量状态也遵守能量最小原理和泡利不相容原理。内层能级所分裂的允带总是被电子所占满，然后在占据更高的外面一层允带。被电子占满的允带称为满带。4、江崎二极管的伏安特性4.1江崎二极管的主要参数（1）.峰点电压UF，约几十毫伏，谷点电压Uv，约几百毫伏；（2）.峰点电流Ip，约几毫安，谷点电流Iv约几百微安；（3）.峰谷电流比IP/IV，约为5-6，越大越好；（