¿Qué es un diodo de túnel?
A diodo de túnel (también conocido como Diodo Esaki) es un tipo de semiconductor diodo que tiene efectivamente un efecto negativo resistenciadebido al efecto mecánico cuántico llamado tunelización. Los diodos de túnel tienen un fuerte dopaje unión pn que tiene unos 10 nm de ancho. El dopaje pesado resulta en un hueco de banda roto, donde los estados de los electrones de la banda de conducción en el lado N están más o menos alineados con los estados del hueco de la banda de valencia en el lado P.
La aplicación de transistores en una gama de frecuencias muy alta se ven obstaculizadas por el tiempo de tránsito y otros efectos. Muchos dispositivos utilizan el negativo conductancia propiedad de semiconductores para estas aplicaciones de alta frecuencia. El diodo de túnel es uno de los dispositivos de conductancia negativa más utilizados. También se conoce como diodo Esaki por L. Esaki por su trabajo en este efecto.
La concentración de dopantes en la región p y n es muy alta, alrededor del 1024 – 1025 m-3. La unión pn también es abrupta. Por esta razón, el ancho de la capa de agotamiento es muy pequeño. En las características del voltaje actual de diodo de túnelpodemos encontrar una región de pendiente negativa cuando se aplica un sesgo hacia adelante.
El nombre de diodo de túnel se debe a que la tunelización mecánica cuántica es responsable del fenómeno que se produce dentro del diodo. El dopaje es muy alto, así que a temperatura cero absoluta los niveles de Fermi se encuentran dentro del sesgo de los semiconductores.
Características del diodo de túnel
Cuando se aplica el sesgo inverso, el nivel de Fermi del lado p se hace más alto que el nivel de Fermi del lado n. Por lo tanto, el túnel de electrones de la banda de equilibrio del lado p a la banda de conducción del lado n se lleva a cabo. Con las entalladuras del sesgo inverso el túnel actual también aumenta.
Cuando se aplica el sesgo hacia adelante el nivel de Fermi del lado n se hace más alto que el nivel de Fermi del lado p, por lo que se produce la tunelización de los electrones del lado n al lado p. La cantidad de la corriente del túnel es muy grande que la corriente de unión normal. Cuando se aumenta el sesgo hacia adelante, la corriente del túnel se incrementa hasta cierto límite.
Cuando el borde de la banda del lado n es el mismo que el nivel de Fermi en el lado p, la corriente del túnel es máxima, con el incremento adicional en el sesgo hacia adelante la corriente del túnel disminuye y obtenemos la región de conducción negativa deseada. Cuando el sesgo hacia adelante se eleva más, se obtiene la corriente de unión normal de pn que es exponencialmente proporcional a la voltaje. Se dan las características V-I del diodo del túnel,
La resistencia negativa se utiliza para lograr la oscilación y a menudo la función Ck+ es de frecuencias muy altas.
Símbolo del diodo del túnel
A continuación se muestra el símbolo de un diodo de túnel.
Aplicaciones del diodo de túnel
Diodo del túnel es un tipo de diodo sc que es capaz de muy rápido y en el rango de frecuencia de las microondas. Es el efecto mecánico cuántico que se conoce como tunelización. Es ideal para la rápida osciladores y receptores por sus características de pendiente negativa. Pero no puede ser usado en grandes circuitos integrados por eso sus aplicaciones son limitadas.
Cuando se aplica el voltaje por primera vez, las estrellas actuales fluyen a través de él. La corriente aumenta con el aumento del voltaje. Una vez que el voltaje se eleva lo suficientemente alto, la corriente vuelve a aumentar y las estrellas de diodo túnel se comportan como un diodo normal. Debido a este inusual comportamiento, puede ser usado en un número de aplicaciones especiales que se inician a continuación.
Circuitos del oscilador:
Los diodos de túnel pueden utilizarse como osciladores de alta frecuencia como la transición entre la alta conductividad eléctrica es muy rápido. Se pueden utilizar para crear una oscilación tan alta como 5Gz. Incluso son capaces de crear una oscilación de hasta 100 GHz en un circuito digital apropiado.
Utilizado en los circuitos de microondas:
Los transistores de diodos normales no funcionan bien en el funcionamiento de microondas. Así que, para los generadores de microondas y los amplificadores se utilizan diodos de túnel. En las microondas y en los equipos de comunicación por satélite se utilizaron ampliamente, pero últimamente su uso está disminuyendo rápidamente, ya que los transistores que funcionan en este rango de frecuencia están empezando a estar disponibles.
Resistente a la radiación nuclear:
Los diodos de túnel son resistentes a los efectos de campos magnéticos…alta temperatura y radioactividad. Es por eso que estos pueden ser utilizados en el equipo militar moderno. También se usan en máquinas de recursos magnéticos nucleares. Pero el campo más importante de su uso son los equipos de comunicación satelital.
Oscilador de diodo de túnel
Los diodos de túnel pueden hacer un circuito oscilador muy estable cuando se acoplan a un circuito o cavidad sintonizados, sesgados en el punto central de la región de resistencia negativa. He aquí un ejemplo de circuito oscilatorio de diodo túnel.
El diodo del túnel está perdiendo acoplado a una cavidad sintonizable. Usando una sonda corta de alimentación de antena colocada en la cavidad fuera del centro se logra un acoplamiento suelto. Para aumentar la estabilidad de la oscilación y lograr la potencia de o/p sobre un ancho de banda más amplio se utiliza un acoplamiento suelto. El rango de la potencia de salida producida es de unos pocos cientos de micro-watts.
Esto es útil para muchas aplicaciones de microondas. La posición física del sintonizador determina la frecuencia de funcionamiento. Si la frecuencia de operación se cambia por este método, eso se llama sintonización mecánica. Los osciladores de diodo de túnel también pueden ser sintonizados electrónicamente.
Los osciladores de diodo de túnel que están destinados a funcionar a frecuencias de microondas, generalmente utilizan alguna forma de líneas de transmisión como un circuito de túnel. Estos osciladores son útiles en aplicaciones que requieren unos pocos millwatts de potencia, por ejemplo, osciladores locales para el receptor de microondas superelectrodos.
