Tunnel Diode

Die Tunnel Diode, auch Esaki-Diode (1957) genannt, ist ein Hochfrequenz Halbleiterbauelement und gehört Mikrowellendioden. Sie besteht aus einem p-n Übergang, bei dem beide Seiten stark dotiert sind. Eine vielzahl kommerziell genutzter Tunneldioden werden aus Ge oder GaAs hergestellt. Si und GaSb hat man auch schon in der Herstellung genutzt. Aber es ist schwierig Si Tunneldioden herzustellen eine hohe Gütezahl (ein grosses I_P/_V Verhältniss) haben.

Im Bild ist zu sehen, dass die Diode im Bereich V₁ < V < V₂ einen negativ differentiellen Widerstand darstelllt. Dieser kann an einemangeschlossenen Verbraucher elektrische Energie anbgeben. Zum Beispiel kann ein angeschlossener Swingkreis entdämpft werden.

Tunneldioden kö bei sehr hohen Frequenzen als Verstärker (bis zu einigen 10 GHz), Schalter und Oszillatoren (bis zu 100 GHz) benutzt werden. Das liegt an dem trägheitsfreien quantenmechanischen Tunnelprozess, der in der Strom-Spannungs-Charakteristik zu erkennen ist.

Die Dotierung der p- und der n- Seite werden so hoch gewählt, dass sie über den effektiven Zustandsdichten N_v und N_c liegen. Die Zustandsdichten liegen in Bereichen zwischen 10¹⁹ und 10²¹ cm^-3 und somit sind die Halbleitergebiete entartet. Das Ferminiveau liegt im Leitungsband des n-Halbleiters und im Valenzband des p-Halbleiters. Wegen der hohen Dotierungen auf beiden Seiten ist die breite der Sperrschicht d_s bei Nullvorspannung kleiner als 100 Å. Deswegen erreicht das elektrische Feld in dieser Region Werte von mehr als 10⁶ V/cm.