NDC

La conductance différentielle négative (CND) se produit dans certains semi-conducteurs et dispositifs lorsqu'une augmentation de la tension appliquée produit une diminution du courant, l'opposé du comportement résistif normal. Ce phénomène contre-intuitif émerge dans les matériaux et les structures où les états d'énergie internes ou la dynamique des porteurs créent une région de résistance négative, mesurable comme une pente négative sur la courbe caractéristique courant-tension.

La CND est le plus souvent rencontrée dans les diodes tunnel, les diodes à effet tunnel résonnant (RTD) et certaines diodes Gunn. Dans une diode tunnel, l'effet provient de l'effet tunnel quantique à travers une jonction p-n fortement dopée. À mesure que la polarisation directe augmente, le courant tunnel augmente initialement, mais diminue ensuite à mesure que l'émission thermoïonique directe prend le relais et que la condition de résonance tunnel se désaligne. Cela crée une vallée distincte dans la courbe I-V entre les courants de crête et de vallée, définissant la région de conductance négative.

La fenêtre pratique pour le fonctionnement CND est étroite. Une diode tunnel au silicium typique peut présenter une conductance négative sur une plage de tension de seulement 0,1 à 0,3 volt, avec des courants de crête de l'ordre du milliampère et des courants de vallée nettement inférieurs. Les RTD poussent le fonctionnement dans le domaine des micro-ondes, avec des crêtes beaucoup plus nettes et des pentes négatives plus raides, ce qui les rend précieuses pour les oscillateurs haute fréquence et les circuits de commutation où les transistors conventionnels sont en difficulté.

Contraintes de stabilité et d'application

Les dispositifs fonctionnant dans la région CND sont intrinsèquement instables dans les circuits à tension constante, car toute perturbation qui augmente le courant réduit davantage la chute de tension aux bornes du dispositif, déstabilisant le point de fonctionnement. Une résistance série doit être incluse pour fournir une rétroaction négative et stabiliser le point de polarisation. Cette résistance série limite également l'amplitude maximale de la conductance négative qui peut être exploitée sans oscillation.

La CND est utilisée dans les oscillateurs commandés en tension, les amplificateurs aux fréquences millimétriques et comme élément de base pour les structures en cascade quantique en physique du solide. L'effet a diminué dans l'électronique de puissance grand public à mesure que la technologie des semi-conducteurs conventionnels a mûri, mais reste pertinent dans les applications spécialisées où la forte non-linéarité I-V et le temps de réponse rapide offrent des avantages par rapport aux dispositifs actifs conventionnels.