Защо напрежението на зенеров разряд е по-ниско от напрежението на лавинен разряд?

Напрежението на Zener и напрежението при снежна лавина са два различни механизма за разрушаване в полупроводникови устройства, особено диоди. Напрежението за разрушаване, причинено от тези два механизма, е различно, главно поради техните различни физически механизми и условия за възникване.

Разрушаване на Zener

Разрушаването на Zener се случва в обратно поляризиран PN-предел, и когато приложено обратно напрежение е достатъчно високо, силата на електрическото поле в PN-предела е достатъчна, за да даде на електроните в валентната зона достатъчна енергия, за да преминат в проводната зона и да образуват електрон-дупен пар. Този процес се случва основно в тънки слоеве полупроводников материали, особено в PN-предели с висока концентрация на допиращи субстанции.

Характеристики

• Условие за възникване: В PN-предели с висока концентрация на допиращи субстанции, силата на електрическото поле е силна, което лесно води до електронен преход.

• Напрежение за разрушаване: Обикновено се случва при по-ниско напрежение, между около 2,5V и 5,6V.

• Температурен коефициент: Отрицателен температурен коефициент, което означава, че с увеличаването на температурата, напрежението за разрушаване ще намалее.

Разрушаване при снежна лавина

Разрушаването при снежна лавина също се случва в обратно поляризирани PN-предели, но то е процес на колизионна йонизация. Когато приложено обратно напрежение достигне определена стойност, силното електрическо поле ускорява свободните електрони до достатъчно висока кинетична енергия, за да се сблъскат с атомите в решетката и да създадат нови електрон-дупен пари. Тези новосъздадени електрон-дупен пари продължават да се сблъскват, формирайки веригова реакция, която в крайна сметка води до остър ръст на тока.

Характеристики

• Условие за възникване: В PN-предели с ниска концентрация на допиращи субстанции, силата на електрическото поле е слаба и е необходима по-висока напрежение, за да се активира ефектът на снежна лавина.

• Напрежение за разрушаване: Обикновено се случва при високо напрежение, около 5V или повече, в зависимост от материала и концентрацията на допиращи субстанции.

• Температурен коефициент: Положителен температурен коефициент, което означава, че с увеличаването на температурата, напрежението за разрушаване ще се увеличи.

Основните причини, поради които напрежението на Zener е по-ниско от напрежението при снежна лавина, са следните:

• Концентрация на допиращи субстанции: Разрушаването на Zener обикновено се случва в PN-предели с висока концентрация на допиращи субстанции, докато разрушаването при снежна лавина се случва в PN-предели с ниска концентрация на допиращи субстанции. Високата концентрация на допиращи субстанции означава, че достатъчна сила на електрическото поле може да бъде постигната при ниско приложено напрежение, така че електроните в валентната зона да получат достатъчна енергия, за да преминат в проводната зона. В сравнение, PN-предели с ниска концентрация на допиращи субстанции изискват по-високо приложено напрежение, за да се постигне същата сила на електрическото поле.

• Сила на електрическото поле: Разрушаването на Zener зависи основно от електронни преходи, причинени от местни силни електрически полета, докато разрушаването при снежна лавина зависи от равномерно разпределена сила на електрическото поле в цялата област на PN-предела. Следователно, разрушаването при снежна лавина изисква по-високо напрежение, за да създаде достатъчен ефект на ударна йонизация.

• Свойства на материала: Разрушаването на Zener се случва основно в някои специфични материали (като кремика) и е свързано с енергийния разрив на материала. Разрушаването при снежна лавина зависи повече от физическите свойства на материала, като ширина на зонния разрив и подвижност на носители.

Резюме

Разрушаването на Zener и разрушаването при снежна лавина са два различни механизма за разрушаване, които се случват при различни условия и имат различни температурни коефициенти. Напрежението на Zener обикновено е по-ниско от напрежението при снежна лавина, тъй като разрушаването на Zener се случва в PN-предели с висока концентрация на допиращи субстанции, докато разрушаването при снежна лавина се случва в PN-предели с ниска концентрация на допиращи субстанции. Първото изисква ниско приложено напрежение, за да се постигне достатъчна сила на електрическото поле, докато второто изисква високо напрежение, за да се създаде ефектът на ударна йонизация.