Waarom is die Zener-ontbindingsspanning minder as die lawinesontbindingsspanning?

Zener-breekspanning en lawinebreekspanning is twee verskillende breek-mekanisme in halwegeleierkomponente, veral diodes. Die breekspanning veroorsaak deur hierdie twee mekanismes is anders, hoofsaaklik as gevolg van hul verskillende fisiese mekanismes en voorkomsomstandighede.

Zener-breek

Zener-breek vind plaas in 'n omgekeerde-gespande PN-verbinding, en wanneer die toegepasde omgekeerde spannings hoog genoeg is, is die elektriese veldsterkte in die PN-verbinding genoeg om die elektrone in die valensieband genoeg energie te gee om oor te gaan na die geleidingsband om 'n elektron-gatpare te vorm. Hierdie proses vind hoofsaaklik plaas in dun liggies van halwegeleiermateriaal, veral in PN-verbindinge met hoë dopkoncentrasies.

Kenmerke

• Voorkomsomstandigheid: In 'n PN-verbinding met 'n hoë dopkoncentrasie is die elektriese veldsterkte sterk, wat dit maklik maak om elektronovergang te veroorsaak.

• Breekspanning: Kom gewoonlik voor by laer spanningsvlakke, tussen ongeveer 2,5V en 5,6V.

• Temperatuurkoëffisiënt: Negatiewe temperatuurkoëffisiënt, wat beteken dat soos die temperatuur styg, die breekspanning sal daal.

Lawinebreek

Lawinebreek vind ook plaas in omgekeerde-gespande PN-verbindinge, maar dit is 'n botsing-ioniseringproses. Wanneer die toegepasde omgekeerde spannings 'n sekere waarde bereik, versnel die sterk elektriese veld die vry elektrone tot 'n hoë genoeg kinetiese energie om te bots met die atome in die rooster, en skep nuwe elektron-gatpare. Hierdie nuut geskepte elektron-gatpare gaan voort met botsing, en vorm 'n kettingreaksie wat uiteindelik lei tot 'n skerp toename in stroom.

Kenmerke

• Voorkomsomstandigheid: In 'n PN-verbinding met 'n lae dopkoncentrasie is die elektriese veldsterkte swak, en 'n hoër spannings is nodig om die lawine-effek te aktiveer.

• Breekspanning: Kom gewoonlik voor by 'n hoër spanningsvlak, ongeveer 5V of meer, afhangende van die materiaal en dopkoncentrasie.

• Temperatuurkoëffisiënt: Positiewe temperatuurkoëffisiënt, wat beteken dat soos die temperatuur styg, die breekspanning sal styg.

Die hoofredes waarom Zener-breekspanning minder is as lawinebreekspanning is as volg:

• Dopkoncentrasie: Zener-breek kom gewoonlik voor in PN-verbindinge met hoë dopkoncentrasies, terwyl lawinebreek plaasvind in PN-verbindinge met lae dopkoncentrasies. Die hoë dopkoncentrasie beteken dat genoeg elektriese veldsterkte by 'n lae toegepasde spannings kan bereik word, sodat die elektrone in die valensieband genoeg energie kry om oor te gaan na die geleidingsband. Inteendeel, PN-verbindinge met lae dopkoncentrasies vereis hoër toegepasde spannings om dieselfde elektriese veldsterkte te bereik.

• Elektriese veldsterkte: Zener-breek hang hoofsaaklik af van elektronovergangs veroorsaak deur lokale sterk elektriese velde, terwyl lawinebreek afhanklik is van elektriese veldsterktes wat eweredig oor die hele PN-verbindinggebied verdeel is. Daarom vereis lawinebreek 'n hoër spannings om 'n voldoende impak-ionisasie-effek te skep.

• Materiaaleienskappe: Zener-breek vind hoofsaaklik plaas in sommige spesifieke materialen (soos silikon) en is verwant aan die energiegap van die materiaal. Lawinebreek hang meer af van die fisiese eienskappe van die materiaal, soos bandgapwydte en draersmobielheid.

Opsomming

Zener-breek en lawinebreek is twee verskillende breek-mekanisme wat onder verskillende omstandighede voorkom en verskillende temperatuurkoëffisiënte het. Zener-breekspanning is gewoonlik laer as lawinebreekspanning, dit is omdat Zener-breek plaasvind in PN-verbindinge met hoë dopkoncentrasies, terwyl lawinebreek plaasvind in PN-verbindinge met lae dopkoncentrasies, die eerste vereis 'n lae toegepasde spannings om voldoende elektriese veldsterkte te bereik, terwyl die laaste 'n hoër spannings benodig om die impak-ionisasie-effek te vorm.