Туннельный р-n-переход при прямом смещении

Прямым называется смещение при котором «плюс» внешнего источника напряжения прикладывается к р-области, а «минус» – к n-области.

При подаче прямого смещения все уровни энергии в смещаются вверх относительно уровней энергии в р-области. При этом часть уровней энергии зоне проводимости n-области оказываются напротив уровней валентной зоны р-области, имеющих то же значение энергии, но свободных от электронов. Поэтому поток туннелирующих электронов из n-области возрастает, а поток электронов из р-области уменьшается. Суммарный, прямой туннельный ток этих потоков уже отличен от нуля (рис. 5б, рис. 6 точка б). Дальнейшее повышение внешнего напряжения приводит к росту прямого туннельного тока. Он достигает максимального значения, когда уровень Ферми в n-области E_Fⁿ окажется расположенным напротив потолка валентной зоны E_V р-области. При этом максимальное число заполненных электронами уровней зоны проводимости n-области будут находиться напротив свободных уровней валентной зоны р-области и число туннелирующих электронов из n-области в р-область будет максимально (рис. 5в, рис. 6 точка в). Последующее повышение напряжения приводит к спаду туннельного тока, так как часть уровней зоны проводимости будет находиться напротив запрещенной зоны (рис. 5г, рис. 6 точка г). Электроны с этих уровней уже не могут туннелировать в р-область.

Туннельный ток достигает нулевого значения, когда дно зоны проводимости n-области совпадает с потолком валентной зоны р-области (рис. 5д, рис. 6 точка д). дальнейшее повышение прямого смещения вызывает диффузионный ток прямо смещенного р-n-перехода.

Практически туннельный ток в точке д рис. 6 не достигает нулевого значения. Это связано с наличием в запрещенной зоне полупроводника глубоких примесных уровней, которые обеспечивают «паразитное» туннелирование электронов из n-области в р-область, и вызывают избыточный туннельный ток при прямом смещении.

Характерная особенность туннельного р-n-перехода ее «N» - образный вид и наличие «падающей» части, на которой сопротивление р-n-перехода является отрицательным. Поэтому туннельный р-n-переход может быть использован для усиления и генерации колебаний. Поскольку переход работает на основных носителях и время туннелирования чрезвычайно мало, он обладает весьма высоким быстродействием.