Читать онлайн «Туннельный эффект в вырожденном p–n – переходе»

Федеральное агентство по образованию ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра физики УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой физики ________________Е. М. Окс ________________________ ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ В ВЫРОЖДЕННОМ p–n – ПЕРЕХОДЕ Руководство к лабораторной работе по физике для студентов всех специальностей Разработчики Доцент кафедры физики ________ А. В. Лячин _______________2009 г. Доцент кафедры физики ________ М. В. Федоров _______________2009 г. 2009  2 ВВЕДЕНИЕ Целью настоящей работы является изучение элементов теории туннельного эффекта и исследование его проявлений в туннельном диоде. 1 КРАТКАЯ ТЕОРИЯ 1. 1 Туннельный эффект В классической механике частица, налетая на потенциальный барьер, преодолевает его, если её энергия достаточно велика. В противном случае она отражается от барьера. В квантовой механике ситуация обстоит несколько иначе. Рассмотрим графики потенциальной энергии U(x), изображённые жирными линиями на рис. 1. 1. Если U(x) обращается в нуль в области отрицательных значений аргумента и равна постоянной величине U0 для x0, то мы имеем дело с потенциальным порогом (рис. 1. 1, а). а б в Рисунок 1. 1. а) Потенциальный порог; б) прямоугольный потенциальный барьер; в) потенциальный барьер произвольной формы Потенциальный барьер, в отличие от потенциального порога, имеет конечную ширину. Его график изображён на рис. 1. 1, б. Потенциальная энергия равна своему пороговому значению U0 внутри промежутка [0, L], а снаружи обращается в нуль. Энергия налетающей частицы E отмечена на рис. 1. 1 тонкой линией. В квантовой механике частица может быть обнаружена и в области, запрещённой для классического движения. Принципиальное отличие квантовомеханического решения от классического состоит в том, что в классической физике частица локализована, а в квантовой механике  нет. В  3 классической физике говорят об энергии и состоянии частицы, когда она находится в определённом месте пространства. Решение, даваемое квантовой механикой  волна  есть понятие, относящееся ко всему пространству. Согласно соотношению неопределённостей Гейзенберга, когда неопределённость координаты x бесконечно велика, неопределённость импульса p для каждой волны обращается в нуль. Импульс частицы p в этом случае, определяемый из соотношения E = p2/2m + U(x), будет в области внутри барьера (E < U(x)) мнимой величиной.