התנגדות שונה שלילית (NDR) מייצגת עזיבה מובהקת מהתחבורה הנוכחית בפיסיקה למחצה.מבט ראשון בקובעות מנהרה על ידי ליאו אסקאקי בשנת 1957 - גילוי שהרוויח ממנו פרס נובל בפיזיקה ב-1973 - NDR מתאר משטר לא ליניארי שבו עלייה בתוצאות מתח מוחל בירידה מקומית של מערכת יחסים הפוכה, אסורה במוליכים סטנדרטיים ותיקון טיפוסי, עולה מתופעות מכניות ונוף מדויק של מבנה מכניקה של אלקטרוניקה מודרני.

הבנה שלילית של התנגדות שונה: N-Type ו- S-Type

באלקטרוניקה קונבנציונלית, חוק הואם מכתיב כי העלייה הנוכחית עולה באופן יחסי עם מתח. Semiconductor מכשירים כמו PN צומת מציג גם התנגדות שונה חיובית (dI / dV > 0), שבו הנוכחי עולה מונוטונית עם הטיה. NDR שובר את הכלל הזה, יצירת אזור על ה-con-voltage הנוכחי (I-V) שבו המדרון הוא שלילי (d / V < 0).

NDR מסווגת באופן רחב לשני סוגים המבוססים על צורת המאפיין I-V שלה:

  • (FLT:0)N-Type NDR (Voltage-Controlled): אנדרט 1 הפסגות הנוכחיות במתח מסוים ולאחר מכן יורד, יצירת צורה "N" (הזרם הוא פונקציה חד-ערך של מתח, אבל המתח הוא רב ערך עבור זרם נתון.
  • (FLT:0S-Type NDR (Current-Controlled): ההרחבה 1 (המתח הוא שיא בזרם מסוים ולאחר מכן יורד, יצירת צורה "S" (המתח הוא פונקציה חד-ערך של זרם, אבל הזרם הוא רב-ערך למתח נתון.

במכשיר N-type NDR, בתוך אזור ההתנגדות השלילית, החל מתח קטן מצטבר מקטין את ההווה.התנהגות זו מאפשרת למכשיר לפעול כמקור של רווח וניתוק כאשר ממוקם במעגל חוזר, ביעילות להמיר את כוח DC לסיגות AC.

הפיזיקה של מנהרת הקוונטים במנהרה דידס

המנהרה דיודה, או Esaki diode, הוא מכשיר ה-NDR הארכיאולוגי.ה התפעול שלו הוא על מנהרה מכנית קוונטית, תופעה שבה חלקיקים עוברים דרך מחסומים אנרגיה כי פיזיקה קלאסית תדהמה באופן בלתי צפוי. התנאים הספציפיים הדרושים כדי לגרום NDR בדלודה מנהרה הם חומרים נוקשים ומדויקים.

Degenerate Doping and Band Alignment

(ב) שלא כמו צומת מדרגה (ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]

  • (ב) אזור הטיהור של טהור: ⁇ 1 (האזור המנוצל ביותר) מביא לקצב של רק 5 עד 10 ננומטרים. בקנה מידה זה, המחסום הפוטנציאלי הוא דק מספיק עבור אלקטרונים למנהרה באמצעות יעילות.
  • (FLT:0)Fermi Level חדירה לתוך Bands:03F1) Degenerate doping דוחף את רמת פרמי עמוק לתוך הלהקה ההתנהלות בצד n-side ועמוק לתוך הלהקה של valence על הצד השני.זה אומר שיש מדינות מלאות בלהקת ה-n-side מוליכים ישירות מול מדינות ריקות בלהקות valence.

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]

אזור ההתנגדות השלילית והעמק הנוכחי

ככל שהטיה קדימה עולה מעל מתח השיא (Vp), להקות האנרגיה מתחילות להשתנות יחסית זה לזה.המפתח ל-NDR שוכן ב-FLT:0 שרידים של חפיפות של הלהקה:1, הלהקה ההתנהגות של n-side נעה באנרגיות ביחס ללהקת ה-Valence של ה-Vside, מספר מדינות אלקטרוניות מלאות ב-n-side כי הם ישירות מול ההסתברות הנוכחית, למרות הפחתת ההסתברות הנוכחית של ה-Fi.

מעבר למתח העמק, המכשיר עובר למשטר הנשלט על ידי סחף קונבנציונלי (זרקת נושאות סמכות), והזרם מתחיל לעלות שוב, בדומה לגוון מתקדם מראש.יחס הפסגה הנוכחי לעידן העמק (PVCR) הוא דמות קריטית של ערך למכשירי NDR. A PVC גבוה מציין אפקט NDR חזק, אשר רצוי להחלפת יישומים חנק.

מערכות חומריות והנדסת מכשירים

לא כל המוליכים למחצה מתאימים באותה מידה למכשירים NDR.ההסתברות של מנהרה תלויה באופן אקספוננציאלי ב-Sgap ובמסה היעילה של נושאות המטען.FLT:0Direct Bandgap Semiconductors StructureFLT:1 כמו Gallium Arsenide (Gaium Arsenide) ו-Indium Phosphide (Indirectlef) הם בדרך כלל העדיפו חומרים מ-Facking כמו Silicon, כי הם מציעים דרישות גבוהות יותר של מגנטיות עבור מגנטיות (Gic) ו-FDR) ו-Gic Drive (Gicicic) ו-FDR) ו-FDRIFDR) ו-FGate Chemical Drive (Inthic Growth Index for AntiFic Growth Index for Antigic growth) ו-Inth) ו-Indium DeVic Drive (Ingic growth for AntiFGate Chemical Drive (Ingic growth for Antithic growth for Antigiccastericcasti) ו-Fhosphide (Infagoric Drive (Infagphide (Ingphide (Ingphide (Intrai) ו-Indium Phosphide (Infide

מעבר למנהרה דיאוד: נוף של מכשירים NDR

בעוד שמנהרת אסאקי היא המפורסמת ביותר, כמה מכשירים אחרים מנצלים מנגנונים פיזיים שונים כדי להשיג NDR, אחד עם יתרונות ייחודיים יישומים.

מנהרה חוזרת של דידס (RTDs)

RTDs מייצג אבולוציה משמעותית מן המנהרה הפשוטה דיודה (במקום צומת דחוס), RTD מורכב מ-FLT:0double-barrier הקוונטים היטבFLT:1 מבנה: שתי שכבות אולטרה-תאיות של חומר פס רחב (למשל, AlGaAs או Al Algap) כריכת צר (למשל, gp (G, gAs, gagp) או GaAs.

מנהרה אלקטרונס דרך המחסום הראשון לתוך קו הקוונטים היטב, אבל הם יכולים רק לעבור בהצלחה דרך המחסום השני אם האנרגיה שלהם תואמת אחד של ה-FLT:0diseteized רמות אנרגיה קוונטית 1 בתוך הטוב (מצב התחדשות גבוה) כאשר מתחים יישומיים מיישר את רמת הפורץ עם רמת אנרגיה קוונטית בצורה טובה, ההסתברות מגיעה לאחדות, וכתוצאה מכך בטווח הקצר ביותר של RTFo-D2, הוא מעלה את רמת המחקר הגבוהה ביותר, כמו גם את רמת ה-D2, באופן יוצא דופן, עם רמת ה-D2, עם רמת ה-D2, אשר מתקדמת ביותר, עם רמת ה-D2, אשר מתקדמת ביותר, אשר מגובה של זרם גבוה יותר, עם רמת ה-D2, עם רמת ה-D2, עם רמת ה-DFly גבוהה, עם רמת ה-D מהירות גבוהה, עם רמת ה-D מהירות גבוהה, עם רמת ה-D מהירות גבוהה, עם רמת ה-D2, עם רמת ה-D2, עם רמת הרזולוציה גבוהה יותר גבוהה יותר גבוהה, עם רמת ה-Dרזולוציה גבוהה, אשר מגובה של רדיו גבוהה, אשר מגובה של זרם גבוה יותר גבוהה יותר, אשר מגובה של זרם גבוה יותר, אשר מופיע עלייה גבוהה,

Gunn Diodes and the Transferred-Electron Effect

הגוון של Gunn (או מכשיר המועבר-אלקטרוני) משיג NDR באמצעות תופעה חצי-מוליכים למחצה גדולה, לא צומת.זה נעשה בדרך כלל מ- n-type GaAs או InP. המפתח הוא ה-FLT:0 (אפקטים חשמליים-אלקטרוניים מועברים) 1 (בחומרים אלה, יש ללהקות המוליכים מספר עמקים.

בשדות חשמליים נמוכים, אלקטרונים חיים בעמק גבוה של ⁇ .כפי שהשדה עולה, אלקטרונים מקבלים מספיק אנרגיה כדי לפזר (העברה) מהעמק ⁇ לתוך עמק L או X של משקעים נמוכים.העברה זו של אלקטרונים למדינה בעלת יכולת נמוכה גורמת למהירות האלקטרונית הממוצעת (ולכן הנוכחית) להפחתה, אפילו כשדה החשמלי (וולנט) ממשיך לגדול לחיישנים שליליים אלה, כמו גם מפולסים, כמו תותחים שונים.

NDR ב-Euroing 2D Materials

העלייה של חומרים דו-ממדיים (2D) כמו גרפן, hexagonal בורון nitride (hBN), ומעבר מתכת dichalcogenides (TMDs) פתחה גבול חדש למחקר NDR. השכבות הדקות האטומיות האלה מאפשרות יצירת מבנים hetero אנכיים עם ממשקים חדים אטומיים ובקרת אלקטרוסטטית יוצאת דופן.

(הופנה מהדףים 2D שונים, כולל גר / HBN /Gr (graphene /hBN / graphene) צומת מנהרות ו- TMD hetero Structures כגון MoSigial:02FLT 1 / WISHFLT: 22FLT 3) , לעתים קרובות, לפיסיקה הבסיסית כוללת 4LT-to-bandating:

יישומים מתקדמים של NDR באלקטרוניקה המודרנית

התכונות הייחודיות של מכשירים NDR - בעיקר היכולת לייצר רווח ולהציג את יכולתה - להפוך אותם הכרחיים עבור מגוון של יישומים מיוחדים, ביצועים גבוהים.

Terahertz Oscillators ו- Signal Generation

ייצור כוח קוהרנטי באזור terahertz (0.1 - 10 THz) הוא אתגר גדול של אלקטרוניקה, המכונה לעתים קרובות "הפער הרץ" טרנזיסטורים מסורתיים נאבקים בתדרים אלה בשל קיבולים parasitic ועיכובים זמני המעבר (NDR), במיוחד RTDs, מתאימים ייחודי למלא פער זה.

לוגיקה דיגיטלית וזיכרון

האופי הדו-פער של מכשיר NDR הוא שימושי מטבעו ללוגיקה דיגיטלית. קו עומס NDR בשילוב עם transistor יוצר latch. One בולטת משפחה לוגיקה היא FLT:0MOLE (MONICE-BIstable Logic Element)FLT:1, אשר משתמש בשני שערי RTD בסדרה.

מחשוב נוירו-מורפי

אולי היישום המתעורר המרגש ביותר של NDR הוא בתחום מחשוב נוירומורפילרפי, שבו מערכות אלקטרוניות נועדו לחקות את ההתנהגות של רשתות עצביות ביולוגיות. נוירונים ביולוגיים מפגינים התנהגות "אינטר-ואש", ומייצרת ספייק מתח חד כאשר סף מגיע. מכשיר NDR יחיד, או מעגל קטן של אותם, יכול באופן טבעי לשחזר התנהגות מתפתלת זו.

על ידי האכלה של קיבול מקביל (הקלט הסינפילי) לתוך מכשיר NDR המוטיה באזור ההתנגדות השלילי שלה, המתח מעבר לציפוי נבנה עד שהוא גורם לאזור NDR, מה שגורם לספייק מהיר, אנלוגי לירי עצבי.אלה FLT:0a נוירונים מלאכותיים וסינפסים 1LT על בסיס NDR (כגון נוירונים) מסוגלים לחקור באופן פעיל את מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של 2D2D2D.

אתגרים והדרך

למרות הפוטנציאל העצום שלהם, התקנים NDR עומדים בפני מכשולים משמעותיים לאימוץ מסחרי נרחב.ה-FLT:0Peak-to-Valley הנוכחי Ratio (PVCR)veFLT:1 הוא לעתים קרובות מוזנח בטמפרטורת החדר בשל זרמי דליפה מופעלת תרמית (העמק הקיים שיפור PVC דורש צמיחה מתקדמת ופגיעה.

(FLT:0) אינטגרציה עם CMOS טכנולוגיה של הזרם המרכזי CMOS טכנולוגיה CMOS טכנולוגיה Integrated FLT:1 נשאר אתגר עצום.רוב מכשירי NDR ביצועים גבוהים מסתמכים על 3-V מוליכים למחצה, אשר אינם משולבים בקלות על סיליקון ופריים בשל ערפל מינוף והבדלים התרחבות תרמי. בעוד טכניקות כמו דחיית אג"ח ואפיי (למשל, גדל בסיליקון) והבטחות משמעותיות באמצעות סיליקון.

יתר על כן, יש לטפל בתכונות NDR:0 שכפול של אמינות ואמינותFLT:1 ; תכונות NDR רגישים מאוד לוויריאציות בקנה מידה אטומי בעובי ופרופילים ping. עבור לוגיקה דיגיטלית, הפצה הדוקה של זרמי שיא חיוני כדי להבטיח מעבר אמין על פני מיליוני מכשירים.

הנתיב המבטיח ביותר קדימה כרוך ב-FLT:0 [Hbrid אינטגרציהFLT:1], שבו מכשירים NDR (במיוחד RTDs או מנהרה FET) הם במשותף עם CMOS קונבנציונלי לשרת פונקציות ספציפיות, ערכי גבוה.לדוגמה, באמצעות RTDs כדי ליצור מקורות קומפקטיים THz על פלטפורמת פוטוניקה, או באמצעות מנהרות ET עבור פונקציות אנלוגיות / מעגל שלילי, כמו גם חומרים עצביים, אשר ממשיכים חומרים נוגדי חמצון, כדי לפתח חומרים נוגדי חמצון שונים של חומרים נוגדי חמצון, כדי לפתח חומרים נוגדי חמצון, כדי לפתח את רמות אלקטרו-דלקתיים, כדי להמשיך את רמות אלקטרו-דלקתיים שונים של חומרים נוגדי חמצון, כדי להמשיך את הפחתת דלק שלילי של חומרים נוגדי חמצון, כדי להמשיך את הפחתת דלק שלילי של חומרים נוגדי חמצון, כדי להמשיך את הפחתת דלק שלילי של חומרים נוגדי חמצון, כדי להמשיך את המשתנים, או חיתוך אורטרנטיים, כדי להמשיך את הפחתת לחץ דם מסורתיים, כדי לפתח את המשתנים, כדי לפתח עמידות נמוכה יותר מאשר חומרים נוגדי חמצון, כדי לפתח את הפחתת לחץ דם מסורתיים, כדי לפתח עמידות נמוכה יותר מאשר חומרים נוגדי חמצון, כדי להמשיך את הטכניקות נוגדת של חומרים נוגדי חמצון, כדי להמשיך את הטכניקות אלקטרו-דלקתיים, כדי לפתח עמידות נמוכה יותר