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Sandbox Physics
控制电流与光的材料

材料 · 测量 · 解释

Esaki 隧道二极管:电压升高,电流为何反降

重掺杂结的电流曲线为什么会出现下降的一段?

  1. 制成窄的简并结

  2. 扫描正向偏压

  3. 记录电流峰与谷

  4. 比较占据态与空态

电流下降既与势垒透射有关,也与结两侧可参与的能态有关。

重掺杂让隧穿变得可测

Esaki 在 1957 年开展、1958 年发表的锗结工作采用重掺杂。耗尽层变窄,载流子占据进入简并范围,隧穿便能与普通二极管导电竞争。

正向偏压升高时,电流先升后降。可重复的负微分电阻,是需要理论解释的实际观测。

来源:[1]

电流并不只由透射率决定

电子需要已占据的起点,也需要能量合适的空终态。偏压会改变两边的重叠;越过峰值后,可参与的能态变少,电压更高,电流反而更小。

来源:[1]

谷底还有别的导电过程

更大正偏下,普通扩散电流逐渐增大。声子辅助与缺陷相关过程也会抬高谷底,因此峰谷比随温度和结质量变化。器件仍需要偏置电源供能。

来源:[1]

势垒 Lab 解释其中一个环节

势垒透射计算解释薄势垒为何能放过电子,却没有简并半导体的两侧载流子库,不能单独给出完整隧道二极管曲线。Esaki 与 Giaever 同属 1973 年一个授奖分项,研究的电子系统却不同。

来源:[1][2][3]

来源与阅读说明

  1. Esaki: Long journey into tunneling (1973)

    简并结、负微分电阻,以及隧穿谱所含的信息。

  2. Giaever: Electron tunneling and superconductivity (1973)

    金属—绝缘层—超导体结探测激发能隙;温度和结质量都影响结果。

  3. Nobel Prize in Physics 1973: official award

    核对获奖归属与年份。原始观测或理论论文往往早得多。

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