defalcare tunelare în p-n-tranziției

Detalierea se numește o creștere bruscă a curentului prin joncțiunea în tensiuni inverse care depășesc numita tensiune de tensiune defalcare.

T

defalcare unnelny asociată cu efect de tunel - trecerea de electroni prin bariera de potențial fără schimbare de energie. defalcare Tunelarea se observă numai la o grosime barieră foarte scăzută - aproximativ 10 nm, adică în tranzițiile dintre regiunile silnolegirovannymip- și N- (de ordinul a 10 18 cm -3). Pe ris.2.4.1 arată diagrama energetică p-n tranziție în direcția inversă de tensiune indicată prin săgeata de tranziție tunelare unui electron din banda de valență în p-regiunea benzii de conducție n-regiune.

tunele de electroni de la punctul 1 la punctul 2, se trece sub bariera de energie de formă triunghiulară (triunghi hașurată cu vârfuri 1-3), energia electronilor nu este schimbat.

Joncțiunile tunel sunt posibile pentru electroni a căror energie corespunde tunelare ΔEtun interval, care sunt dispuse pe ambele părți ale nivelurilor de energie permise. Înălțimea barierei este ΔEz, este în general mai mică decât înălțimea p-n-tranziție, egal cu q (φ0 + | U |). Grosimea barierei cu creșterea tensiunii inverse scade, ceea ce crește probabilitatea de tunelare. Curentul de tunel crește brusc, ca intervalul este crescut și numărul de tunelare de electroni în acesta. defalcare tunelare în formă pură are loc numai cu concentrații ridicate de impurități (mai

), Și tensiunea de străpungere este 0-5 V. Cu creșterea temperaturii, diferența de banda scade ușor și tensiunea de defalcare scade. Astfel, coeficientul de temperatură al tensiunii de defalcare a tunelului este negativ.

efectul Josephson

In Sec. 2.3 a fost văzut tunel trecerea electronilor prin film subțire de dielectric, este plasat între electrozii conductive. Curentul de tunel are loc între două superconductori separate printr-un strat subțire. Cu toate acestea, în acest caz, grosimea filmului mai mic

m în sistem este o schimbare calitativă.

Dacă structura supraconductor (Fig. 2.5.1) incluse în bucla de curent continuu, apoi prin contactul curge un curent, cu toate acestea, căderea de tensiune pe contactul să fie zero. Acest efect a fost descoperit pentru prima dată în 1962 și a fost numit efect Josephson Josephson.

Acest efect se explică prin faptul că, într-un tunel de film perechi Cooper. perechi Cooper - doi electroni cu spin opus. Prin urmare, învârti pereche este egală cu zero, și este un boson. Bosoni tind să se acumuleze în starea solului de la care acestea sunt relativ dificil să se transfere la o stare excitată. În consecință, perechile Cooper, venind în mișcare coordonată, să rămână în această stare pe termen nelimitat. O astfel de mișcare coordonată de abur și se vorbește de supraconductibilitate.

Între supraconductori, în acest caz, este posibil să curgă un tunel de electroni obișnuiți curent, dar o tunelare superconductor șunturi de curent și tensiune peste este zero, de contact. Caracteristica curent-tensiune a tunelului Josephson joncțiunea este prezentată în Fig. 2.5.2.

și

E o valoare critică a curentului - la curenți mai mari decât valoarea critică, trecerea bruscă la normale electronii ramura de tunelare. Linia 1 prezintă caracteristica curent-tensiune la tunelare de electroni obișnuit la T = 0 C. In acest caz, curentul convențional de tunel de electroni începe numai la napryazheniiU = ξg / q. la T0 K, acest curent fluxurile pornind de la zero de tensiune (linia 2). Valoarea critică a curentului depinde de tipul de contact si poate fi de până la 20 mA. O proprietate interesantă a efectului staționar Dzhozesfona este puternică dependență a curentului critic pe câmpul magnetic: chiar și la câmpuri magnetice mici (aproximativ 10 ------- T 4) curentul critic este zero.

O altă manifestare interesantă a efectului de contact este generația Dzhozesfona alternativ câmp electromagnetic - efect tranzitoriu Dzhozesfona. Dacă săriți prin contact DC I0> Ic. apoi apare pe U0 tensiunea de tranziție (ris2.5.2) și în exterior curentul prin circuit alternativ de frecvență înaltă apare împreună cu un curent constant. Frecvența de oscilație este suficient de mare, de exemplu U0 = 1 mV este egal cu 483,6 MHz.

Pe scurt explica apariția unui curent alternativ. Este cunoscut faptul că direcția și intensitatea curentului tunelului sunt determinate prin următoarea relație:

unde

- diferența de fază dintre funcțiile de undă care descriu perechile Cooper pe ambele părți ale barierei;- curent maxim prin bariera, suprafața proporțională a barierei de joncțiune tunel și transparență.

Ecuația (2.5.1) pot fi explicate prin modelul de pendulele conectate arc slab. Comunicarea duce la faptul că, atunci când pendulul leagăne unul leagăn înainte de cealaltă fază, energia este transferată de la primul la al doilea pendul. În acest flux de putere atinge maximum la o diferență de fază egală cu tt / 2. În cazul în care intervalele înainte de a doua pendulului, energia este transferată de la ea la prima.

Joncțiunile Josephson de la un conductor la altul în mișcare perechi Cooper, revenind apoi primul dirijor la un circuit extern. Amploarea și direcția curentului este determinată de aceleași relații de fază, și legat slab la sistemele de vibrații mecanice. În cazul în care trece prin joncțiune Josephson curentul I de la sursa externă,

se schimbă automat, astfel încât să satisfacă condiția (2.5.1). În prezența diferenței de potențial între două perechi Cooper supraconductori energie pe ambele părți ale barierei se caracterizează prin suma 2qU. Este cunoscut faptul că între energia particulelor și frecvența undelor de Broglie există o legătură: . Apoi, pe ambele părți ale tranziției va fi o diferență în frecvența de Broglie:. Având în vedere că energia unei perechi Cooper la intersecția tunelului este în continuă creștere, și, de asemenea, diferența de fază va crește în mod continuu:

Substituind această valoare

în Formula (2.5.1), obținem formula pentru componenta curentului supraconductor de tunel care curge prin joncțiunea:

După cum se vede din această formulă, curentul este alternativ cu o frecvență 2qU / h. Aceasta explică generarea de joncțiune Josephson AC.