Miks Ceeneri langeduspinge on väiksem kui lavinlange pingemäär?

Zeneri murdumine ja lavinamurru on kaks erinevat murrumehhanismi pooljuhtelementides, eriti diodides. Need mõlemad mehhanismid tekitavad erineva murruvoolu, mis tuleneb nende erinevatest füüsikalistest mehhanismidest ja esinemis tingimustest.

Zeneri murdumine

Zeneri murdumine toimub vastastikuses PN-liitluses, ja kui rakendatav vastastikune pingetase on piisavalt kõrge, siis PN-liidese elektriväljak on piisavalt tugev, et valentskasti elektronidel oleks piisav energia üleminekuks joonduvatele elektronidele, loomaks elektron-kohalukupaari. See protsess toimub peamiselt näiliste pooljuhtmaterjalide ohutel kihtidel, eriti PN-liitesed, mis omavad kõrget dopantkonsentratsiooni.

Omadused

• Esinemise tingimus: Kõrge dopantkonsentratsiooniga PN-liiteses on elektriväljak tugev, mis soodustab elektronide üleminekut.

• Murruvool: Tavaliselt esineb madalamatel pingetasemel, umbes 2,5V kuni 5,6V vahel.

• Temperatuuri koefitsient: Negatiivne temperatuuri koefitsient, mis tähendab, et kui temperatuur kasvab, siis murruvool väiksemaks muutub.

Lavinamurru

Lavinamurru toimub ka vastastikuses PN-liitluses, kuid see on kokkupõrke ioniseerimismeetod. Kui rakendatav vastastikune pingetase jõuab kindlat tasemelt, siis tugev elektriväljak kiirendab vabad elektronid piisavalt kõrgele kinetilisele energiale, et need võidaksid ristverekogumi aatomitega, tekkinud uusi elektron-kohalukupaare. Need uued elektron-kohalukupaarid jätkavad kokkupõrkeid, tekitades ahelareaktsiooni, mis lõpuks viib tugevale voolu suurenemisele.

Omadused

• Esinemise tingimus: Madala dopantkonsentratsiooniga PN-liiteses on elektriväljak nõrgem, nõudes lavinamõju käivitamiseks kõrgemat pinget.

• Murruvool: Tavaliselt esineb kõrgemal pingetasemel, umbes 5V või rohkem, sõltuvalt materjalist ja dopantkonsentratsioonist.

• Temperatuuri koefitsient: Positiivne temperatuuri koefitsient, mis tähendab, et kui temperatuur kasvab, siis murruvool suureneb.

Põhjuseid, miks Zeneri murruvool on madalam kui lavinamurruvool, on järgmised:

• Dopantkonsentratsioon: Zeneri murru toimub tavaliselt kõrge dopantkonsentratsiooniga PN-liiteses, samas kui lavinamurru toimub madala dopantkonsentratsiooniga PN-liiteses. Kõrge dopantkonsentratsioon tähendab, et piisav elektriväljak saavutatakse madalal rakendataval pingel, nii et valentskasti elektronidel on piisav energia üleminekuks joonduvatele elektronidele. Vastupidiselt, madala dopantkonsentratsiooniga PN-liitesed nõuavad kõrgemat rakendatavat pinget, et saavutada sama elektriväljak.

• Elektriväljak: Zeneri murru põhineb peamiselt elektronide üleminekul, mille põhjustab paiklik tugev elektriväljak, samas kui lavinamurru põhineb elektriväljadel, mis on ühtlaselt levitatud kogu PN-liidese alal. Seega, lavinamurruks on vaja kõrgemat pinget, et luua piisav kokkupõrke ioniseerimise mõju.

• Materjali omadused: Zeneri murru toimub peamiselt mõnes spetsiifilises materjalides (nt silikoon) ja seostatakse materjali energiapanga. Lavinamurru sõltub rohkem materjali füüsikaomadustest, nagu bändipanga laius ja vedajate liikumisvõime.

Kokkuvõte

Zeneri murru ja lavinamurru on kaks erinevat murrumehhanismi, mis toimuvad erinevatel tingimustel ja omavad erinevat temperatuuri koefitsienti. Zeneri murruvool on tavaliselt madalam kui lavinamurruvool, sest Zeneri murru toimub kõrge dopantkonsentratsiooniga PN-liiteses, samas kui lavinamurru toimub madala dopantkonsentratsiooniga PN-liiteses. Esimese korral on vaja madalat rakendatavat pinget, et saavutada piisav elektriväljak, teise korral on vaja kõrgemat pinget, et luua kokkupõrke ioniseerimise mõju.