Une diode tunnel est également connue sous le nom de diode Eskari et il s'agit d'un semi-conducteur hautement dopé capable de fonctionner très rapidement. Leo Esaki a inventé la diode tunnel en août 1957. Le matériau Germanium est essentiellement utilisé pour fabriquer des diodes tunnel. Ils peuvent également être fabriqués à partir d'arséniure de gallium et de silicium. En fait, ils sont utilisés dans les détecteurs de fréquence et les convertisseurs. La diode tunnel présente une résistance négative dans leur plage de fonctionnement. Par conséquent, il peut être utilisé comme un amplificateur , oscillateurs et dans tous les circuits de commutation.

Qu'est-ce qu'une diode tunnel?

La diode de tunnel est le Jonction P-N appareil qui présente une résistance négative. Lorsque la tension augmente par rapport au courant qui la traverse, elle diminue. Il fonctionne sur le principe de l'effet Tunneling. La diode métal-isolant-métal (MIM) est un autre type de diode tunnel, mais son application actuelle semble être limitée aux environnements de recherche en raison de sensibilités héritées, ses applications étant considérées comme très limitées aux environnements de recherche. Il y a une autre diode appelée Diode MIIM (Metal-Insulator-Insulator-Metal) qui comprend une couche isolante supplémentaire. La diode tunnel est un dispositif à deux bornes avec un semi-conducteur de type n comme cathode et un semi-conducteur de type p comme anode. La diode tunnel symbole de circuit est comme indiqué ci-dessous.

Diode de tunnel

Phénomène de fonctionnement de la diode de tunnel

Sur la base de la théorie de la mécanique classique, une particule doit acquérir une énergie égale à la hauteur potentielle de la barrière d’énergie, si elle doit se déplacer d’un côté à l’autre de la barrière. Sinon, l'énergie doit être fournie par une source externe, de sorte que les électrons à N côtés de la jonction peuvent sauter par-dessus la barrière de jonction pour atteindre le côté P de la jonction. Si la barrière est mince comme dans une diode tunnel, selon l'équation de Schrödinger, cela implique qu'il y a une grande probabilité et qu'un électron pénètre à travers la barrière. Ce processus se produira sans aucune perte d'énergie de la part de l'électron. Le comportement de la mécanique quantique indique un effet tunnel. La haute impureté Dispositifs de jonction P-N sont appelés diodes tunnel. Le phénomène de tunnel fournit un effet porteur majoritaire.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Où,

«E» est l’énergie de la barrière,
«P» est la probabilité que la particule franchisse la barrière,
«W» est la largeur de la barrière

Construction de la diode tunnel

La diode a un corps en céramique et un couvercle hermétique sur le dessus. Un petit point d'étain est allié ou soudé à une pastille fortement dopée de Ge de type n. La pastille est soudée au contact d'anode qui est utilisé pour la dissipation thermique. Le point d'étain est connecté au contact de cathode via un tamis à mailles utilisé pour réduire l'inductance .

Construction de la diode tunnel

Fonctionnement et ses caractéristiques

Le fonctionnement de la diode tunnel comprend principalement deux méthodes de polarisation telles que l'avant et l'arrière

Condition de polarisation directe

Dans la condition de polarisation directe, lorsque la tension augmente, le courant diminue et devient ainsi de plus en plus désaligné, ce que l'on appelle résistance négative. Une augmentation de la tension conduira à fonctionner comme une diode normale où la conduction des électrons se déplace à travers le Diode de jonction P-N . La région de résistance négative est la région de fonctionnement la plus importante pour une diode tunnel. Les caractéristiques de la diode tunnel et de la diode à jonction P-N normale sont différentes les unes des autres.

Condition de polarisation inverse

Dans la condition inverse, la diode tunnel agit comme une diode arrière ou une diode arrière. Avec une tension de décalage nulle, il peut agir comme un redresseur rapide. En condition de polarisation inverse, les états vides du côté n sont alignés avec les états remplis du côté p. Dans le sens inverse, les électrons traverseront une barrière de potentiel. En raison de ses concentrations de dopage élevées, la diode tunnel agit comme un excellent conducteur.

Caractéristiques de la diode tunnel

La résistance avant est très faible en raison de son effet tunnel. Une augmentation de la tension entraînera une augmentation du courant jusqu'à ce qu'il atteigne le courant de crête. Mais si la tension a augmenté au-delà de la tension de crête, le courant diminuera automatiquement. Cette région de résistance négative prévaut jusqu'au point de la vallée. Le courant à travers la diode est minimum au point de vallée. La diode tunnel agit comme une diode normale si elle se trouve au-delà du point de vallée.

Composants actuels dans une diode tunnel

Le courant total d'une diode tunnel est donné ci-dessous

je_t= Je_{à faire}+ Je_diode+ Je_excès

Le courant circulant dans la diode tunnel est le même que le courant circulant dans la diode à jonction PN normale qui est donné ci-dessous

je_diode= Je_fais* (exp ( ? * V_t) ) -1

je_fais - Courant de saturation inverse

V_t - Tension équivalente à la température

V - Tension aux bornes de la diode

le - Facteur de correction 1 pour Ge et 2 pour Si

En raison du tunnel parasite via les impuretés, le courant excessif sera développé et c'est un courant supplémentaire par lequel le point de vallée peut être déterminé. Le courant tunnel est comme indiqué ci-dessous

je_{à faire}= (V / R₀) * exp (- (V / V₀)^m)

Où, V₀ = 0,1 à 0,5 volts et m = 1 à 3

R₀ = Résistance de la diode tunnel

Courant de crête, tension de crête de la diode de tunnel

La tension de crête et le courant de crête d'une diode tunnel sont maximaux. Typiquement pour une diode tunnel, la coupure de tension est supérieure à la tension de crête. Et le courant excessif et le courant de diode peuvent être considérés comme négligeables.

Pour un courant de diode minimum ou maximum

V = V_{de pointe}, de_{à faire}/ dV = 0

(1 / R₀) * (exp (- (V / V₀)^m) - (m * (V / V₀)^m* exp (- (V / V₀)^m) = 0

“longueur d'onde de la lumière rouge en nm ”

Ensuite, 1 - m * (V / V₀)^m= 0

Vpeak = ((1 / m)^{(1 / m)}) * V₀* exp (-1 / m)

Résistance négative maximale d'une diode tunnel

La résistance négative d'un petit signal est donnée ci-dessous

R_n= 1 / (dI / dV) = R.₀/ (1 - (m * (V / V₀)^m) * exp (- (V / V₀)^m) / R₀= 0

Si dI / dV = 0, R_n est maximum, alors

(m * (V / V₀)^m) * exp (- (V / V₀)^m) / R₀= 0

Si V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} alors sera maximum, donc l'équation sera

(R_n)_max= - (R₀* ((exp (1 + m)) / m)) / m

Applications de diode de tunnel

En raison du mécanisme de tunnelage, il est utilisé comme commutateur à ultra haute vitesse.
Le temps de commutation est de l'ordre de la nanoseconde voire de la picoseconde.
En raison de la caractéristique de triple valeur de sa courbe à partir du courant, il est utilisé comme périphérique de stockage de mémoire logique.
En raison de sa capacité, de son inductance et de sa résistance négative extrêmement faibles, il est utilisé comme oscillateur micro-ondes à une fréquence d'environ 10 GHz.
En raison de sa résistance négative, il est utilisé comme circuit oscillateur à relaxation.

types de diodes tunnel

Avantages de la diode tunnel

À bas prix
Faible bruit
Facilité d'utilisation
Grande vitesse
Batterie faible
Insensible aux radiations nucléaires

Inconvénients de la diode tunnel

Étant un appareil à deux bornes, il ne fournit aucune isolation entre les circuits de sortie et d'entrée.
La plage de tension, qui peut fonctionner correctement en 1 volt ou moins.

Il s'agit de la Diode de tunnel circuit avec opérations, schéma de circuit et ses applications. Nous pensons que les informations fournies dans cet article vous sont utiles pour une meilleure compréhension de ce projet. En outre, toute question concernant cet article ou toute aide à la mise en œuvre du projets électriques et électroniques , vous pouvez vous sentir libre de nous contacter en vous connectant dans la section commentaires ci-dessous. Voici une question pour vous, quel est le principe principal de l'effet tunnel?

Crédits photo: