Per què la tensió de trencament Zener és menor que la tensió de trencament per avalança?

La tensió de trencament de Zener i la tensió de trencament per avalança són dos mecanismes diferents de trencament en dispositius semiconductors, especialment en díodes. La tensió de trencament causada per aquests dos mecanismes és diferent, principalment a causa de les seves diferents mecàniques físiques i condicions d'ocurrència.

Trencament de Zener

El trencament de Zener ocorre en una unió PN amb polarització inversa, i quan la tensió inversa aplicada és prou alta, la força del camp elèctric a la unió PN és suficient per fer que els electrons a la banda de valència tinguin prou energia per passar a la banda de conducció formant un parell electró-forat. Aquest procés ocorre principalment en capes fines de materials semiconductors, especialment en unions PN amb concentracions d'impuretes altes.

Característiques

• Condició d'ocurrència: En una unió PN amb alta concentració d'impuretes, la força del camp elèctric és forta, facilitant la transició electrònica.

• Tensió de trencament: Normalment ocorre a nivells de tensió més baixos, entre uns 2,5V i 5,6V.

• Coeficient de temperatura: Coeficient de temperatura negatiu, vol dir que quan la temperatura augmenta, la tensió de trencament disminueix.

Trencament per avalança

El trencament per avalança també ocorre en unions PN amb polarització inversa, però és un procés d'ionització col·lisional. Quan la tensió inversa aplicada arriba a un cert valor, el fort camp elèctric acelera els electrons lliures a una energia cinètica prou alta per col·lidir amb els àtoms de la xarxa, creant nous parells electró-forat. Aquests nous parells continuen col·lidint, formant una reacció en cadena que finalment porta a un increment brusc de corrent.

Característiques

• Condició d'ocurrència: En una unió PN amb baixa concentració d'impuretes, la força del camp elèctric és feble, i es requereix una tensió més alta per desencadenar l'efecte d'avalança.

• Tensió de trencament: Normalment ocorre a nivells de tensió alts, uns 5V o més, depenent del material i la concentració d'impuretes.

• Coeficient de temperatura: Coeficient de temperatura positiu, vol dir que quan la temperatura augmenta, la tensió de trencament augmenta.

Les raons principals pel qual la tensió de trencament de Zener és menor que la tensió de trencament per avalança són les següents:

• Concentració d'impuretes: El trencament de Zener normalment ocorre en unions PN amb alta concentració d'impuretes, mentre que el trencament per avalança ocorre en unions PN amb baixa concentració d'impuretes. La alta concentració d'impuretes significa que es pot aconseguir una força de camp elèctric suficient amb una tensió aplicada baixa, permetent als electrons de la banda de valència tenir prou energia per passar a la banda de conducció. En contrast, les unions PN amb baixa concentració d'impuretes requereixen tensions aplicades més altes per aconseguir la mateixa força de camp elèctric.

• Força del camp elèctric: El trencament de Zener depèn principalment de les transicions electròniques causades per forts camps elèctrics locals, mentre que el trencament per avalança depèn de forces de camp elèctric distribuïdes uniformement a tota la regió de la unió PN. Per tant, el trencament per avalança requereix una tensió més alta per crear un efecte d'ionització d'impacte suficient.

• Propietats del material: El trencament de Zener ocorre principalment en alguns materials específics (com el silici) i està relacionat amb la brecha d'energia del material. El trencament per avalança depèn més de les propietats físiques del material, com ara l'amplada de la brecha d'energia i la mobilitat dels portadors de càrrega.

Resum

El trencament de Zener i el trencament per avalança són dos mecanismes de trencament diferents que ocorren en condicions diferents i tenen coeficients de temperatura diferents. La tensió de trencament de Zener és normalment més baixa que la tensió de trencament per avalança, això és degut a que el trencament de Zener ocorre en unions PN amb alta concentració d'impuretes, mentre que el trencament per avalança ocorre en unions PN amb baixa concentració d'impuretes, el primer requereix una tensió aplicada baixa per aconseguir una força de camp elèctric suficient, el segon requereix una tensió alta per formar l'efecte d'ionització d'impacte.