Alagútdióda

Az alalgútdióda szimbóluma

Az alagútdióda, vagy más néven Esaki-dióda olyan félvezető dióda, mely a kvantummechanikából ismert alagúthatás alapján működik.

Történet

Alagútdióda

Az alagútdiódát Leo Esaki (1925- ) japán fizikus találta fel 1957-ben. Leo Esaki a Sony elődjénél dolgozott, a tokiói Tsushin Kogyo cégnél. 1973-ban – Brian Josephsonnal és Ivar Giaeverrel megosztva – Nobel-díjat kapott. Az indoklás: „az alagúthatás felfedezése a félvezetőkben és a szupravezetőkben”. Robert Noyce és William Shockley is eljutott az alagúthatás gondolatáig, de nem folytatták.[1]

Alagútdiódát először a Sony gyártott 1957-ben.[2] Többnyire germániumból készül, de szilícium alapú dióda is van. Az alagútdiódát különleges feszültség-áram karakterisztikája (negatív ellenállású tartomány) miatt előszeretettel használják nagyfrekvenciás oszcillátorokban erősítőelemként. Nagyfrekvenciás alkalmazásoknál jobb teljesítményük miatt alkalmazzák tranzisztorok helyett. Mikrohullámú tartományokban a rezonáns alagútdiódát használják.[3] A MIM (metal–insulator–metal= fém-szigetelő-fém) dióda az alagútdióda egy változata.[4] Az alagútdiódát kis zajú mikrohullámú erősítőknél is használják.[5]

Működés

Az alagútdióda karakterisztikája

Az alagútdióda erősen szennyezett p-n átmenettel rendelkezik. Ez az erősen szennyezett réteg igen keskeny, közel 10 nanométer (100 ångström) széles. Az erős szennyezettség eredményeként kiürített réteg jön létre, ahol az n oldali elektronok és a p oldali lyukak kölcsönhatásba lépnek egymással és rekombinálódnak, így mindkettő megszűnik.

Nyitó irányban a feszültség növelésével az elektronok átjutnak a keskeny kiürített sávon az üres vegyértéksáv felé. Az áram arányosan növekszik. Amint a feszültség tovább nő, az áram csökkenni kezd, ezt a szakaszt hívják negatív differenciális ellenállású tartománynak. A feszültség további növelésével az áram ismét növekszik. A dióda 100 mV…250 mV közötti szakaszában az ellenállás negatív. Ezt a szakaszt használják ki LC oszcillátorokban a rezgőköri veszteségek kompenzálására.

Záró irányban az elektronok átjutnak a keskeny kiürített rétegen, a dióda letörik, és jelentős áram folyik.

Az alagútdiódák hosszú élettartamúak. Az 1960-ban gyártott diódák még mindig működnek. Esaki ezt azzal indokolja, hogy igen stabil az állapotuk.[6] Az alagútdiódák viszonylagosan ellenállók nukleáris sugárzással szemben, ezért alkalmazhatók űrjárművekben.

Lásd még

• Dióda
• Alagúthatás
• Oszcillátor

Irodalom

• Donald G. Fink: Electronic Engineers Handbook. New York: McGraw Hill. 1975. ISBN 9780071441469  

Jegyzetek

1. Berlin, Leslie. The Man Behind the Microchip: Robert Noyce and the Invention of Silicon Valley. Oxford University Press (2005). ISBN 0-19-516343-5 
2. Archivált másolat. [2009. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. december 20.)
3. E. R. Brown, J. R. Söderström, C. D. Parker, L. J. Mahoney, and K. M. Molvar, and T. C. McGill "Oscillations up to 712 GHz in InAs/AlSb resonant-tunneling diodes"
4. Archivált másolat. [2013. március 5-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2013. március 9.)
5. Fink, pp. 13–64
6. Esaki, Leo; Arakawa, Yasuhiko; Kitamura, Masatoshi (2010). „Esaki diode is still a radio star, half a century on”. Nature 464 (7285), 31. o. DOI:10.1038/464031b. PMID 20203587. 

Források

A Wikimédia Commons tartalmaz Alagútdióda témájú médiaállományokat.

• Alagútdióda – HamWiki
• E. R. Brown et. al.: Oscillations up to 712 GHz in InAs/AISb resonant-tunneling diodes PDF (angolul)
• The MIM diode: Another challenger for the electronics crown – In: Quantum Physics, 2010. november 19. (angolul)
• Tunnel Diode (angolul)