Главная
Резонансно-туннельный диод (РТД, англ. resonant-tunneling diode, RTD) — полупроводниковый элемент электрической цепи с нелинейной вольт-амперной характеристикой, в котором используется туннелирование носителей заряда через окружённую двумя потенциальными барьерами потенциальную яму.
Резонансно-туннельный диод имеет участок вольтамперной характеристики с отрицательной дифференциальной проводимостью.
Структура РТД
В резонансно-туннельном диоде используется гетероструктура, в которой потенциальная яма для носителей заряда, например, для электронов, отделена от контактных легированных областей потенциальными барьерами. Например, область потенциальной ямы может быть выполнена из GaAs, области потенциальных барьеров — из Ga1-xAlxAs, внешние области — из легированного донорами GaAs. Зависимость потенциальной энергии от координаты вида контакт—барьер—яма—барьер—контакт создается соответствующим профилем энергии края зоны проводимости E c ( x ) {displaystyle E_{c}(x)} . Скачки E c {displaystyle E_{c}} имеют место на стыках материалов.
Принцип действия
Через гетероструктуру РТД с высокой вероятностью проходят только те электроны, энергии которых приблизительно совпадают с энергиями квантованных уровней в потенциальной яме. Эта вероятность значительно превышает произведение вероятностей прохождения T 1 {displaystyle T_{1}} , T 2 {displaystyle T_{2}} через индивидуальные барьеры и может быть близкой к единице. Электроны с большей или меньшей энергией проходят через структуру с крайне низкой вероятностью T 1 T 2 {displaystyle T_{1}T_{2}} .
Основная часть электронов в эмиттирующем контакте расположена энергетически близко к краю зоны проводимости в этой области. При нулевом напряжении этот край обычно лежит ниже, чем даже первый уровень E 1 {displaystyle E_{1}} ямы. Однако с повышением приложенного к гетероструктуре напряжения происходит деформация профиля E c ( x ) {displaystyle E_{c}(x)} и, когда энергия электронов в эмиттере становится близкой к энергии квантованного уровня внутри ямы, электрический ток через структуру резко увеличивается. Однако при дальнейшем повышении напряжения на диоде электроны эмиттера оказываются выше, чем уровень, по энергии и вероятность их сквозного прохождения снова становится низкой — сила тока через гетероструктуру падает. Как следствие, возникает область отрицательной дифференциальной проводимости. При наличии нескольких уровней ( E 2 {displaystyle E_{2}} , E 3 {displaystyle E_{3}} и т.д.) резонансное прохождение электронов возможно, соответственно, при нескольких напряжениях, но чаще всего используется только первый уровень.
Использование
Отрицательная дифференциальная проводимость резонансно-туннельного диода применяется для создания высокочастотных генераторов электрических колебаний. Частоты таких генераторов могут достигать терагерцового диапазона.