چرا ولتاژ شکست زنر کمتر از ولتاژ شکست لاوه‌ای است

ولتیپ ژنر و ولتیپ اورانش دو مکانیزم مختلف شکست در دستگاه‌های نیم‌رسانا، به ویژه دیودها هستند. ولتیپ شکست ناشی از این دو مکانیزم متفاوت است، عمدتاً به خاطر مکانیزم‌های فیزیکی و شرایط رخ دادن آن‌ها که متفاوت هستند.

شکست ژنر

شکست ژنر در یک جونکشن PN با قطب‌گیری معکوس رخ می‌دهد، و زمانی که ولتاژ معکوس اعمال شده کافی بالاست، قدرت میدان الکتریکی در جونکشن PN به اندازه کافی است تا الکترون‌های در باند پیوند به انرژی کافی برای انتقال به باند رسانا برسند و جفت الکترون-حفره تشکیل دهند. این فرآیند عمدتاً در لایه‌های نازک مواد نیم‌رسانا، به ویژه در جونکشن‌های PN با غلظت بالای دوپینگ رخ می‌دهد.

ویژگی‌ها

• شرایط رخ دادن: در جونکشن PN با غلظت دوپینگ بالا، قدرت میدان الکتریکی قوی است که منجر به انتقال الکترونی می‌شود.

• ولتیپ شکست: معمولاً در سطوح ولتاژ پایین‌تر، بین حدود ۲.۵V و ۵.۶V رخ می‌دهد.

• ضریب دما: ضریب دما منفی است، یعنی با افزایش دما، ولتیپ شکست کاهش می‌یابد.

شکست اورانش

شکست اورانش نیز در جونکشن‌های PN با قطب‌گیری معکوس رخ می‌دهد، اما این یک فرآیند یونیزاسیون برخوردی است. زمانی که ولتاژ معکوس اعمال شده به مقداری خاص می‌رسد، میدان الکتریکی قوی الکترون‌های آزاد را به انرژی جنبشی کافی برای برخورد با اتم‌های شبکه می‌رساند و جفت‌های الکترون-حفره جدید ایجاد می‌کند. این جفت‌های الکترون-حفره جدید به برخورد ادامه می‌دهند و واکنش زنجیره‌ای را تشکیل می‌دهند که در نهایت منجر به افزایش تند جریان می‌شود.

ویژگی‌ها

• شرایط رخ دادن: در جونکشن PN با غلظت دوپینگ پایین، قدرت میدان الکتریکی ضعیف است و ولتاژ بالاتری برای تحریک اثر اورانش لازم است.

• ولتیپ شکست: معمولاً در سطوح ولتاژ بالاتر، حدود ۵V یا بیشتر، بسته به ماده و غلظت دوپینگ رخ می‌دهد.

• ضریب دما: ضریب دما مثبت است، یعنی با افزایش دما، ولتیپ شکست افزایش می‌یابد.

دلایل اصلی که ولتیپ شکست ژنر کمتر از ولتیپ شکست اورانش است عبارتند از:

• غلظت دوپینگ: شکست ژنر معمولاً در جونکشن‌های PN با غلظت دوپینگ بالا رخ می‌دهد، در حالی که شکست اورانش در جونکشن‌های PN با غلظت دوپینگ پایین رخ می‌دهد. غلظت دوپینگ بالا به این معناست که قدرت میدان الکتریکی کافی می‌تواند در ولتاژ اعمال شده پایین‌تر به دست آید، به طوری که الکترون‌های در باند پیوند به انرژی کافی برای انتقال به باند رسانا برسند. در مقابل، جونکشن‌های PN با غلظت دوپینگ پایین ولتاژ اعمال شده بالاتری را برای به دست آوردن همان قدرت میدان الکتریکی نیاز دارند.

• قدر