Proč je zenerovské porušení nižší než lavinové porušení?

Zenerova přechodová napětí a přechodové napětí při lavinovém rozběhu jsou dvě různé mechanismy přechodu v polovodičových zařízeních, zejména v diodách. Přechodové napětí způsobené těmito dvěma mechanismy se liší, hlavně kvůli jejich odlišným fyzikálním mechanismům a podmínkám výskytu.

Zenerova přechod

Zenerova přechod nastává v obráceně polarizovaném PN spoji a když je aplikované obrácené napětí dostatečně vysoké, síla elektrického pole v PN spoji je dostatečná, aby elektrony ve valenční bandě získaly dostatečnou energii pro přechod do vodivé bandy a vytvoření elektron-díra pár. Tento proces se hlavně odehrává v tenkých vrstvách polovodičových materiálů, zejména v PN spojích s vysokou koncentrací dopantu.

Vlastnosti

• Podmínky výskytu: V PN spoji s vysokou koncentrací dopantu je síla elektrického pole silná, což snadno vedет к электронному переходу.

• Přechodové napětí: Obvykle nastává na nižších úrovních napětí, mezi přibližně 2,5 V a 5,6 V.

• Teplotní koeficient: Negativní teplotní koeficient, což znamená, že s rostoucí teplotou bude přechodové napětí klesat.

Lavinový rozběh

Lavinový rozběh také nastává v obráceně polarizovaném PN spoji, ale jde o kolizní ionizační proces. Když dosáhne aplikované obrácené napětí určité hodnoty, silné elektrické pole urychlí volné elektrony na dostatečnou kinetickou energii, aby se s atomami v mřížce srazily a vytvořily nové elektron-díra páry. Tyto nově vytvořené elektron-díra páry pokračují v srážkách, což vede k řetězové reakci, která nakonec vede k ostrému nárůstu proudu.

Vlastnosti

• Podmínky výskytu: V PN spoji s nízkou koncentrací dopantu je síla elektrického pole slabá a vyžaduje se vyšší napětí k vyvolání lavinového efektu.

• Přechodové napětí: Obvykle nastává na vyšší úrovni napětí, přibližně 5 V nebo více, v závislosti na materiálu a koncentraci dopantu.

• Teplotní koeficient: Pozitivní teplotní koeficient, což znamená, že s rostoucí teplotou bude přechodové napětí stoupat.

Hlavní důvody, proč je Zenerovo přechodové napětí nižší než přechodové napětí při lavinovém rozběhu, jsou následující:

• Koncentrace dopantu: Zenerova přechod obvykle nastává v PN spojích s vysokou koncentrací dopantu, zatímco lavinový rozběh nastává v PN spojích s nízkou koncentrací dopantu. Vysoká koncentrace dopantu znamená, že dostatečná síla elektrického pole může být dosažena při nízkém aplikovaném napětí, takže elektrony ve valenční bandě získají dostatečnou energii pro přechod do vodivé bandy. Naopak, PN spoje s nízkou koncentrací dopantu vyžadují vyšší aplikované napětí, aby bylo dosaženo stejné síly elektrického pole.

• Síla elektrického pole: Zenerova přechod se spoléhá hlavně na elektronové přechody způsobené lokálními silnými elektrickými poli, zatímco lavinový rozběh se spoléhá na sílu elektrického pole rozdělenou rovnoměrně po celé oblasti PN spoje. Proto lavinový rozběh vyžaduje vyšší napětí k vytvoření dostatečného efektu impactní ionizace.

• Vlastnosti materiálu: Zenerova přechod se hlavně odehrává v některých specifických materiálech (např. křemík) a je spojena s energetickou mezí materiálu. Lavinový rozběh závisí více na fyzikálních vlastnostech materiálu, jako je šířka pásma a mobilita nosičů náboje.

Shrnutí

Zenerova přechod a lavinový rozběh jsou dva různé mechanismy přechodu, které nastávají za různých podmínek a mají různé teplotní koeficienty. Zenerovo přechodové napětí je obvykle nižší než přechodové napětí při lavinovém rozběhu, protože Zenerova přechod nastává v PN spojích s vysokou koncentrací dopantu, zatímco lavinový rozběh nastává v PN spojích s nízkou koncentrací dopantu. První vyžaduje nízké aplikované napětí k dosažení dostatečné síly elektrického pole, zatímco druhý vyžaduje vyšší napětí k vytvoření efektu impactní ionizace.