
【计】 tunnel voltage
tube; tunnel
【医】 cuniculus; histosiphon; tunnel
tension; voltage
【化】 voltage
【医】 electric tension; voltage
隧道电压(Tunnel Voltage)
在电子工程与物理学领域,隧道电压(Tunnel Voltage)指触发量子隧穿效应所需的临界电压。量子隧穿是微观粒子(如电子)穿越高于其自身能量的势垒的量子力学现象。隧道电压的大小直接决定了电子隧穿的概率,其典型值在纳米级器件(如隧道二极管、闪存单元)中通常为几毫伏至几伏,具体取决于材料能带结构和势垒厚度。
量子隧穿机制
当外加电压使势垒两侧的能级对齐时,电子可穿越绝缘层(如氧化物势垒),形成隧穿电流。隧道电压 ( V_t ) 满足以下关系:
$$ J propto expleft(-frac{4pi d}{h}sqrt{2mphi}right) $$
其中 ( J ) 为隧穿电流密度,( d ) 为势垒厚度,( m ) 为电子质量,( phi ) 为势垒高度,( h ) 为普朗克常数。电压通过调制 ( phi ) 影响隧穿概率。
器件应用中的关键参数
参数 | 影响 | 典型范围 |
---|---|---|
势垒厚度 | 厚度每减少 1nm,隧道电压显著降低 | 1–5 nm |
势垒高度 | 材料界面能带偏移(如 Si/SiO₂ 的 3.1eV)决定最小隧穿电压 | 0.5–4 eV |
温度 | 高温下热激发增强,隧穿电压小幅降低 | — |
量子隧穿理论
S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices(半导体器件物理), Wiley, 1981.
(链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/0470068329)
闪存器件应用
Y. Nishi et al., IEEE Transactions on Electron Devices, "Tunneling Phenomena in MOS Structures"(MOS结构中的隧穿现象), 2002.
隧道二极管设计
L. Esaki, Physical Review, "New Phenomenon in Narrow Germanium p‐n Junctions"(窄锗p-n结中的新现象), 1958.
(链接:https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.109.603)
“隧道电压”这一术语在不同场景下有不同的含义,需结合具体领域进行解释:
供电电压等级
安全电压要求
在潮湿、密闭环境(如隧道、矿井)中,安全电压通常为24V以下,特殊场景可能低至12V。
电力隧道按输送电压等级划分,常见规格包括220kV、500kV等,具体根据输电需求设计。
电压偏低可能由电源波动、线路阻抗或负载突变引起,可通过隧道升压器(基于电磁感应原理)调节电压至稳定范围。
英文对应为tunnel voltage,主要用于电子工程领域的隧道效应相关研究。
提示:如需了解具体场景的电压参数或技术细节,建议参考电力设计规范或工程标准文件。
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