量子阱中的量子隧穿效應和一般pn結中導致隧道電流隧道效應是一回事嗎？

02-18

應該是一回事。從半導體器件物理我們知道，對於一般二極體，反向偏壓較大時，電流機制中遂穿電流佔主導。

是一回事。

PN結中的隧道電流部分就是隧穿效應引起的，只是為了計算方面按照隧穿原因分為了若干種模型，像電場相關的（如 Fowler–Nordheim tunneling ），還有很多陷阱輔助的。

此外問題描述中有不夠準確的地方。二極體反向耐壓時還有熱電子發射（Thermionic emission）、熱的陷阱輔助（如 Frenkel-Poole emission）等等，同時也和材料、管子種類、工作條件有關，不一定總以隧穿電流為主。

很多書上PN二極體導通特性正向反向都是用的肖克萊/肖克利（Shockley）方程，再精確一點的會考慮空間電荷區的產生複合（如Baliga書的 4.4節肖特基、5.3節PiN），但不太考慮PN結隧穿。二極體中量子效應顯著的地方一般是高摻雜、異質結、電極接觸或者界面態。

2015-12-02

在量子力學裡，量子穿隧效應為一種量子特性，是如電子等微觀粒子能夠穿過它們本來無法通過的「牆壁」的現象。這是因為根據量子力學，微觀粒子具有波的性質，而有不為零的機率穿過位勢障壁。量子穿隧效應（Quantum tunnelling effect），是一種衰減波耦合效應，其量子行為遵守薛丁格波動方程式。假若條件恰當，任何波動方程式都會顯示出衰減波耦合效應。數學的等價於量子穿隧效應的波耦合效應也會發生於其它狀況。例如，遵守馬克士威方程組的光波或微波；遵守常見的非色散波動方程式的繩波或聲波。有些研究穿隧效應的物理學家認為，粒子只不過擁有波樣的物理行為，實際上粒子是質點樣的。支持這看法的實驗證據非常稀少。多數物理學家比較偏好的看法是，粒子實際上是非局域，而是波樣的，總是表現出波樣的物理行為。但是，在某些狀況，使用移動質點的數學來描述其運動是一個很便利的方法。這裡，我們採取第二種看法。

隧道效應本質上是量子躍遷，電子迅速穿越勢壘。穿隧效應的例子包括隧道二極體 (穿隧二極體或 Tunnel Diode)，是一種可以高速切換的半導體，其切換速度可到達微波頻率的範圍，其原理是利用量子穿隧效應。根據 PN 結的材料、摻雜分布、幾何結構和偏置條件的不同，利用其基本特性可以製造多種功能的晶體二極體。如利用 PN 結單嚮導電性可以製作整流二極體、檢波二極體和開關二極體；利用擊穿特性製作穩壓二極體和雪崩二極體；利用高摻雜 PN 結隧道效應製作隧道二極體；利用結電容隨外電壓變化效應製作變容二極體。

所以看起來是量子隧穿效應包含 PN 結隧道效應。

量子隧穿效應是一種量子特性，是電子等微觀粒子能夠穿過它們本來無法通過的「牆壁」的現象。隧道效應由微觀粒子波動性所確定的量子效應。又稱勢壘貫穿。考慮粒子運動遇到一個高於粒子能量的勢壘，按照經典力學，粒子是不可能越過勢壘的；按照量子力學可以解出除了在勢壘處的反射外，還有透過勢壘的波函數，這表明在勢壘的另一邊，粒子具有一定的概率，粒子貫穿勢壘。

我覺得應該是。從本質上來看，無窮深勢井和pn結都是勢壘。而量子隧穿效應的關鍵是，電子的能量沒有高過勢壘，就穿越到了勢壘的另一邊。再者，無窮深勢井只是理論模型，pn結確實實實在在的結構。所以他們之間並沒有什麼衝突或者大的不同。至少我以前的老師上課沒有說過這兩者有區別。這兩個例子也經常一起出現在介紹量子隧穿效應的章節中。