¿Por qué el voltaje de descomposición Zener es menor que el voltaje de descomposición por avalancha?

La tensión de ruptura Zener y la tensión de ruptura por avalancha son dos mecanismos diferentes de ruptura en dispositivos semiconductores, especialmente diodos. La tensión de ruptura causada por estos dos mecanismos es diferente, principalmente debido a sus diferentes mecanismos físicos y condiciones de ocurrencia.

Ruptura Zener

La ruptura Zener ocurre en una unión PN polarizada inversamente, y cuando la tensión inversa aplicada es suficientemente alta, la intensidad del campo eléctrico en la unión PN es lo suficientemente fuerte como para que los electrones en la banda de valencia obtengan suficiente energía para transitar a la banda de conducción y formar pares electrón-agujero. Este proceso se produce principalmente en capas finas de materiales semiconductores, especialmente en uniones PN con altas concentraciones de dopaje.

Características

• Condición de ocurrencia: En la unión PN con alta concentración de dopaje, la intensidad del campo eléctrico es fuerte, lo que facilita la transición electrónica.

• Tensión de ruptura: Suele ocurrir a niveles de voltaje más bajos, entre aproximadamente 2.5V y 5.6V.

• Coeficiente de temperatura: Coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que a medida que aumenta la temperatura, la tensión de ruptura disminuirá.

Ruptura por avalancha

La ruptura por avalancha también ocurre en uniones PN polarizadas inversamente, pero es un proceso de ionización por colisión. Cuando la tensión inversa aplicada alcanza un cierto valor, el fuerte campo eléctrico acelera los electrones libres hasta una energía cinética suficiente para chocar con los átomos de la red, creando nuevos pares electrón-agujero. Estos pares electrón-agujero recién creados continúan chocando, formando una reacción en cadena que finalmente lleva a un aumento brusco de la corriente.

Características

• Condición de ocurrencia: En la unión PN con baja concentración de dopaje, la intensidad del campo eléctrico es débil y se requiere un voltaje más alto para desencadenar el efecto de avalancha.

• Tensión de ruptura: Suele ocurrir a un nivel de voltaje alto, alrededor de 5V o más, dependiendo del material y la concentración de dopaje.

• Coeficiente de temperatura: Coeficiente de temperatura positivo, lo que significa que a medida que aumenta la temperatura, la tensión de ruptura aumentará.

Las principales razones por las que la tensión de ruptura Zener es menor que la tensión de ruptura por avalancha son las siguientes:

• Concentración de dopaje: La ruptura Zener suele ocurrir en uniones PN con altas concentraciones de dopaje, mientras que la ruptura por avalancha ocurre en uniones PN con bajas concentraciones de dopaje. La alta concentración de dopaje significa que se puede lograr una intensidad de campo eléctrico suficiente a un bajo voltaje aplicado, para que los electrones en la banda de valencia obtengan suficiente energía para transitar a la banda de conducción. Por el contrario, las uniones PN con bajas concentraciones de dopaje requieren voltajes aplicados más altos para lograr la misma intensidad de campo eléctrico.

• Intensidad del campo eléctrico: La ruptura Zener depende principalmente de las transiciones electrónicas causadas por campos eléctricos locales fuertes, mientras que la ruptura por avalancha depende de intensidades de campo eléctrico distribuidas uniformemente en toda la región de la unión PN. Por lo tanto, la ruptura por avalancha requiere un voltaje más alto para crear un efecto de ionización por impacto suficiente.

• Propiedades del material: La ruptura Zener ocurre principalmente en algunos materiales específicos (como el silicio) y está relacionada con la brecha de energía del material. La ruptura por avalancha depende más de las propiedades físicas del material, como la anchura de la brecha de banda y la movilidad de los portadores.

Resumen

La ruptura Zener y la ruptura por avalancha son dos mecanismos de ruptura diferentes que ocurren bajo diferentes condiciones y tienen diferentes coeficientes de temperatura. La tensión de ruptura Zener suele ser menor que la tensión de ruptura por avalancha, esto se debe a que la ruptura Zener ocurre en uniones PN con alta concentración de dopaje, mientras que la ruptura por avalancha ocurre en uniones PN con baja concentración de dopaje, la primera requiere un bajo voltaje aplicado para lograr una intensidad de campo eléctrico suficiente, la segunda requiere un alto voltaje para formar el efecto de ionización por impacto.