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上传者: 樱花树下那缠绵的爱 2017-10-27 评分 5 0 103 14 467 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《隧道二极管doc》,可适用于影视/动漫领域,主题内容包含隧道二极管隧道效应百科名片隧道效应由微观粒子波动性所确定的量子效应。又称势垒贯穿。考虑粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒按照经典力学粒子是不可能越过符等。

隧道二极管隧道效应百科名片隧道效应由微观粒子波动性所确定的量子效应。又称势垒贯穿。考虑粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒按照经典力学粒子是不可能越过势垒的按照量子力学可以解出除了在势垒处的反射外还有透过势垒的波函数这表明在势垒的另一边粒子具有一定的概率粒子贯穿势垒。目录简介原理发现者用途隧道二极管隧道巨磁电阻效应宏观量子隧道效应宏观量子半导体简介原理发现者用途隧道二极管隧道巨磁电阻效应宏观量子隧道效应宏观量子半导体展开编辑本段简介由微观粒子波动性所确定的量子效应。又称势垒贯穿。考虑粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒按照经典力学粒子是不可能越过势垒的按照量子力学可以解出除了在势垒处的反射外还有透过势垒的波函数这表明在势垒的另一边粒子具有一定的概率粒子贯穿势垒。理论计算表明对于能量为几电子伏的电子方势垒的能量也是几电子伏当势垒宽度为埃时粒子的透射概率达零点几而当势垒宽度为时粒子透射概率减小到已微乎其微。可见隧道效应是一种微观世界的量子效应对于宏观现象实际上不可能发生。隧道效应在势垒一边平动的粒子当动能小于势垒高度时按经典力学粒子是不可能穿过势垒的。对于微观粒子量子力学却证明它仍有一定的概率穿过势垒实际也正是如此这种现象称为隧道效应。对于谐振子按经典力学由核间距所决定的位能决不可能超过总能量。量子力学却证明这种核间距仍有一定的概率存在此现象也是一种隧道效应。隧道效应是理解许多自然现象的基础。隧道效应概述在两层金属导体之间夹一薄绝缘层就构成一个电子的隧道结。实验发现电子可以通过隧道结即电子可以穿过绝缘层这便是隧道效应。使电子从金属中逸出需要逸出功这说明金属中电子势能比空气或绝缘层中低于是电子隧道结对电子的作用可用一个势垒来表示为了简化运算把势垒简化成一个一维方势垒。所谓隧道效应是指在两片金属间夹有极薄的绝缘层(厚度大约为nm(mm)如氧化薄膜)当两端施加势能形成势垒V时导体中有动能E的部分微粒子在EV的条件下可以从绝缘层一侧通过势垒V而达到另一侧的物理现象。产生隧道效应的原因是电子的波动性。按照量子力学原理在低速情况下具有能量(动能)E的电子的波长h隧道效应λ=mE(其中h普朗克常数m电子质量E电子的动能)在势垒V前:若EV它进入势垒V区时将波长改变为hλ'=m(EV)若EV时虽不能形成有一定波长的波动但电子仍能进入V区的一定深度。当该势垒区很窄时即使是动能E小于势垒V也会有一部分电子穿透V区而自身动能E不变。换言之在EV时电子入射势垒就一定有反射电子波存在但也有透射波存在。编辑本段原理经典物理学认为物体越过势垒有一阈值能量粒子能量小于此能量则不能越过大于隧道效应此能量则可以越过。例如骑自行车过小坡先用力骑如果坡很低不蹬自行车也能靠惯性过去。如果坡很高不蹬自行车车到一半就停住然后退回去。量子力学则认为即使粒子能量小于阈值能量很多粒子冲向势垒一部分粒子反弹还会有一些粒子能过去好像有一个隧道故名隧道效应(quantumtunneling)。可见宏观上的确定性在微观上往往就具有不确定性。虽然在通常的情况下隧道效应并不影响经典的宏观效应因为隧穿几率极小但在某些特定的条件下宏观的隧道效应也会出现。编辑本段发现者年受雇于索尼公司的江崎玲于奈(LeoEsaki~)在改良高频晶体管T的过程中发现当增加PN结两端的电压时电流反而减少江崎玲于奈将这种反常的负电阻现象解释为隧道效应。此后江崎利用这一效应制成了隧道二极管(也称江崎二极管)。年美裔挪威籍科学隧道效应家加埃沃(IvanGiaever~)通过实验证明了在超导体隧道结中存在单电子隧道效应。在此之前的年出现的"库珀对"及BCS理论被公认为是对超导现象的完美解释单电子隧道效应无疑是对超导理论的一个重要补充。年年仅岁的英国剑桥大学实验物理学研究生约瑟夫森(BrianDavidJosephson~)预言当两个超导体之间设置一个绝缘薄层构成SIS(SuperconductorInsulatorSuperconductor)时电子可以穿过绝缘体从一个超导体到达另一个超导体。约瑟夫森的这一预言不久就为PW安德森和JM罗厄耳的实验观测所证实电子对通过两块超导金属间的薄绝缘层(厚度约为埃)时发生了隧道效应于是称之为"约瑟夫森效应"。宏观量子隧道效应确立了微电子器件进一步微型化的极限当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如在制造半导体集成电路时当电路的尺寸接近电子波长时电子就通过隧道效应而穿透绝缘层使器件无法正常工作。因此宏观量子隧道效应已成为微电子学、光电子学中的重要理论。编辑本段用途隧道效应本质上是量子跃迁电子迅速穿越势垒。隧道效应有很多用途。如制成分辨力为nm(A)量级的扫描隧道显微镜可以观察到Si的()面上的大元胞。但它适用于半导体样品的隧道效应观察不适于绝缘体样品的观测。在扫描隧道显微镜(STM)的启发下年开发了原子力显微镜(AFM)。利用金刚石针尖制成以SiO膜或SiN膜悬臂梁(其横向截面尺寸为μmμm弹性系数为~Nm)梁上有激光镜面反射镜。当针尖金刚石的原子与样品的表面原子间距离足够小时原子间的相互作用力使悬臂梁在垂直表面方向上产生位移偏转使入射激光的反射光束发生偏转被光电位移传感器灵敏地探测出来。原子力显微镜对导体和绝缘体样品都适用且其分辨力达到nm(A)可以测出原子间的微作用力实现原子级表面观测。根据光隧道效应原理利用光纤探测头、压电陶瓷、光电倍增管、扫描控制跟踪系统和微机可以构成光隧道显微镜。它可以探测样品的表面形貌。在经典物理中光在光纤内部全反射在量子物理中激光可以从一根光纤内通过隧道效应进入相距很近的另一个光纤内部分光器就是利用量子隧道效应而制成的。电子具有粒子性又具有波动性因此存在隧道效应。近年来人们发现一些宏观物理量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如在制造半导体集成电路时当电路的尺寸接近电子波长时电子就通过隧道效应而溢出器件使器件无法正常工作经典电路的极限尺寸大概在微米。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。编辑本段隧道二极管隧道二极管是一种具有负阻特性的半导体二极管。目前主要用掺杂浓度较高的锗或砷化镓制成。其电流和电压间的变化关系与一般半导体二极管不同。当某一个极上加正电压时通过管的电流先隧道效应将随电压的增加而很快变大但在电压达到某一值后忽而变小小到一定值后又急剧变大如果所加的电压与前相反电流则随电压的增加而急剧变大。因为这种变化关系只能用量子力学中的"隧道效应"加以说明故称隧道二极管。由于"江崎二极管"具有负电阻并且隧道效应发生速度异常迅速可用于高频振荡、放大以及开关等电路元件尤其可以用来提高电子计算机的运算速度。编辑本段隧道巨磁电阻效应超导隧道结的发现在理论和实验上均有重要的价值。受此启发Julliere对FeGeCo磁性隧道结输运性质的研究作了开拓性的研究发现隧道阻抗随铁磁层的磁化状态而变化低温下电导的相对变化可达。年后人们对类似结构中的磁电阻效应进行了研究但在室温下均不能获得较大的磁电阻效应。在GMR效应全球研究浪潮推动下年在"磁性金属非磁绝缘体磁性金属"(FMIFM)型隧道结FeAlOFe中获得了突破性进展。K低温下磁电阻变化率高达室温下达。在这种结构中如果两铁磁层的磁化方向平行一个铁磁层中多数自旋子带的电子将进入另一个电极中的多数自旋子带的空态同时少数自旋子带的电子也从一电极进入另一电极的少数自旋子带的空态如果两电极的磁化方向反平行则一个电极中的多数子带的自旋与另一个电极的少数自旋子带电子的自旋平行这样隧道电导过程中一个电极中多数自旋子带的电子必须在另一个电极中寻找少数自旋子带的空态因而其隧道电导必须与两极的磁化方向平行时的电导有所差别将隧道电导与铁磁电极的磁化方向相关的现象称为磁隧道阀效应(magneticvalveeffect)。理论上假定电子穿越绝缘体势垒时保持其自旋方向不变在实际制备过程中由于氧化层生成时难免导致相邻铁磁层氧化致使反铁磁性的氧化薄层的出现影响磁电电阻效应。所以实验的结果比理论上的预计要小。Julliere模型给出磁隧道阀电阻的相对变化即隧道磁电阻(TMR)RTM为:RTM=式中:ρ和ρ分别是两个铁磁电极的自旋极化度。显然ρρ越大则TMR也越高。因为Fe和Co的ρ值分别为和故Julliere模型可得FeICo的但FeGe隧道效应Co的实验值与理论值有一定差距。在磁隧道阀中磁场克服的铁磁层的矫顽力就可使它们的磁化方向转至磁场方向而趋于一致这时TMR为极小值若将磁场减小至负矫顽力小的铁磁层的磁化方向首先反转两铁磁层的磁化方向相反隧道电阻为极大值。由于只需反转一个单纯的铁磁层因而只需一个非常小的外场便可实现TMR极大值所以其磁场灵敏度极高。FeAlOFe和CoFeAlO的磁场灵敏度分别为Oe和Oe。这些结果是多层膜的GMR及氧化物的CMR远所难及的。另外在磁隧道结中可以通过改变氧化层的厚度来改变零场下的电阻值而磁隧道结电阻值并不因此而改变的。这在金属多层膜中是很难实现的。这样根据不同的器件的驱动电压不同可以设计出不同的磁隧道结。今后如能解决氧化层的稳定制备和制备过程中铁磁层的氧化问题其工业应用前景非常可观。此外如果技术手段可以保证的话制备多层氧化隧道结也许可以获得更为丰富的物理效应和应用价值。隧道结的磁电阻效应取得了突破之后人们受颗粒膜的启发又在NiSiO,CoSiO,FeMgF以及FeSiO的铁磁绝缘物颗粒膜中发现了高的磁电阻效应。实验表明该体系中磁电阻效应与磁性颗粒的大小有关数值不大饱和场较高应用的前景可能不大。编辑本段宏观量子隧道效应各种元素的原子具有特定的光谱线如钠原子具有黄色的光谱线。原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释由无数的原子构成固体时单独原子的能级就并合成能带由于电子数目很多能带中能级的间距很小因此可以看作是连续的从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性称之为量子尺寸效应。例如导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关比热亦会反常变化光谱线会产生向短波长方向的移动这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应原有宏观规律已不再成立。隧道效应电子具有粒子性又具有波动性因此存在隧道效应。近年来人们发现一些宏观物理量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如在制造半导体集成电路时当电路的尺寸接近电子波长时电子就通过隧道效应而溢出器件使器件无法正常工作经典电路的极限尺寸大概在微米。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。编辑本段宏观量子各种元素的原子具有特定的光谱线如钠原子具有黄色的光谱线。原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释由无数的原子构成固体时单独原子的能级就并合成能带由于电子数目很多能带中能级的间距很小因此可以看作是连续的从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性称之为量子尺寸效应。例如导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关比热亦会反常变化光谱隧道效应线会产生向短波长方向的移动这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应原有宏观规律已不再成立。电子具有粒子性又具有波动性因此存在隧道效应。近年来人们发现一些宏观物理量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如在制造半导体集成电路时当电路的尺寸接近电子波长时电子就通过隧道效应而溢出器件使器件无法正常工作经典电路的极限尺寸大概在微米。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。编辑本段半导体隧道效应微观粒子能透入按经典力学规律它不可能进入的势垒区是反映微观粒子的波动性的一种基本效应。可以把半导体(或绝缘体)中的电子迁移现象理解为在外电场下束缚在一个原子中的电子通过隧道穿透势垒到另一个原子中。不过通常说的半导体中的隧道效应指的不是这种对原子势场的量子隧道效应。而是指电子对半导体中宏观势垒的穿透这个宏观势垒是半导体的禁带造成的。C齐纳在年最先提出在外电场下固体的能带在空间上变成图齐纳击穿所示的倾斜情况,价带的电子可以穿过禁带进入导带。在禁带中电子波函数指数衰减(波矢是复数的)就和穿过势垒时相似齐纳认为这是强场下半导体(或绝缘体)电击穿的一种原因。但实验表明通常半导体电击穿过程中这种原因(称齐纳击穿)只起很次要的作用。只有在某些特殊类型的PN结的反向击穿中才有以齐纳击穿为主的情况。这种类型的PN结称齐纳二极管或按其用途叫稳压二极管。通常是硅二极管。年江崎玲于奈发明了隧道二极管。它是高掺杂半导体形成的窄的PN结当它加上前向偏压时,N区电子可以通过隧道效应穿过禁带进入P区中价带的空状态。随所加的偏压增大开始时隧道电流变大(可以进入的空状态增多)随后到达极大值然后逐渐下降(可以进入的空状态减少)最后下降到零(可以进入的空状态没有了)。图隧道二极管伏安特性曲线是隧道二极管的伏安特性曲线以及对应各部分的PN结能带图。隧道二极管正向伏安特性中有一段负阻区而且它还是一种多数载流子效应,没有渡越时间的限制,所以隧道二极管可用作低噪声的放大器、振荡器或高速开关器件频率可达毫米波段。它作为器件的缺点是功常常有电子声子相互作用或电子杂质相互作用参加。率容量太小。隧道过程中,从隧道二极管的伏安特性上可分析出参与隧道过程的某些声子的频率。在势垒区中的光吸收或发射中,隧道效应也起着作用,这称夫兰克凯尔德什效应。杂质的束缚电子态和能带中电子态之间的隧道也观察到。江崎玲于奈的发明开创了研究固体中隧道效应的新阶段。因此他和发现超导体中隧道现象的I加埃沃、BD约瑟夫森一起获得了年诺贝尔物理学奖。金属半导体接触势垒(肖特基势垒)中的隧道现象也很有趣。年,AH威耳孙、约飞'"class=link约飞和夫伦克耳企图用隧道电流来解释肖特基势垒的整流效应但发现所预言的整流方向是错误的。不过近年来却发现有些高掺杂的肖特基势垒在小的前向偏压下隧道电流是主要的电流机制。金属绝缘体半导体系统中隧道效应的研究也是有意义的。经济学家Shleifer提出的"隧道效应"Laffont他们研究的同时Shleifer等从法律经济学的视角出发提出了公司治理中的"隧道效应"理论。他们的分析认为:隧道效应即控股股东为了自己的利益从公司转移资产和利润的行为这一理论比较好的解释了控股股东侵害中小股东的利益的现象。~年的亚洲金融危机提供了控股股东掠夺公司资源、侵害中小股东权益的许多案例。事实上隧道效应不仅仅发生在新兴市场有着完善的民法的发达国家同样有掠夺行为而且这些掠夺行为可能还是合法的行为而在新兴市场隧道行为有时采取偷窃和欺诈的方式。这些理论的提出使得合谋理论从组织间的研究进一步拓展深入到公司治理领域而转型经济中的公司治理为合谋理论的理论和实证研究提供了一片沃土此后的一系列相关实证研究更是进一步推动和验证了合谋理论。隧道效应理论主要从控股股东掠夺中小股东权益的发生机制、掠夺的手段以及司法的介入的作用等方面做了理论和案例分析当然也有许多实证和经验研究。但隧道效应理论在讨论控股股东掠夺的时候一般比较少涉及到管理层特别是控股股东和管理层的合谋侵害(掠夺)中小股东权益的情形。本来现实中掠夺得以进行就必然需要管理层的合谋(或者说是协助)。此外隧道效应理论也比较少的考虑信息的作用和交易成本的影响而是比较多的考虑了法律的作用这也是隧道效应理论的局限所在。但是隧道效应理论对于公司治理、特别是新兴转型国家的公司治理还是很有开创性的理论意义与实际意义的。特别声明::资料来源于互联网版权归属原作者:资料内容属于网络意见与本账号立场无关:如有侵权请告知立即删除。

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