Miksi Zenerin rikkoutumisjännite on pienempi kuin lavinomainen rikkoutumisjännite

Zener-hajoamisjännite ja myrskyhajoamisjännite ovat kaksi erilaista hajoamismekanismia semikonduktoriyksiköissä, erityisesti diodeissa. Nämä kaksi mekanismia aiheuttamat hajoamisjännitteet eroavat toisistaan pääasiassa erilaisen fysikaalisen mekanismin ja esiintymisehtojen vuoksi.

Zener-hajoaminen

Zener-hajoaminen tapahtuu vastuskytettyssä PN-liitoksessa, ja kun sovitettu vastusjännite on riittävän korkea, PN-liitoksen sähkökentän voima on riittävä antamaan valenssipyörähdysbändin elektronille tarvittava energia siirtymään johtopyörähdysbändiin muodostaakseen elektroni-reikäparin. Tämä prosessi tapahtuu pääasiassa ohuissa semikonduktorimateriaaleja sisältävissä kerroksissa, erityisesti korkeasti dopattuissa PN-liitosissa.

Ominaisuudet

• Esiintymisehdot: Korkeasti dopatuissa PN-liitoksissa sähkökentän voima on vahva, mikä helpottaa elektronien siirtymistä.

• Hajoamisjännite: Yleensä tapahtuu alimmilla jännitearvoilla, noin 2,5V:n ja 5,6V:n välillä.

• Lämpötilakerroin: Negatiivinen lämpötilakerroin, eli kun lämpötila nousee, hajoamisjännite laskee.

Myrskyhajoaminen

Myrskyhajoaminen tapahtuu myös vastuskytettyssä PN-liitoksessa, mutta se on törmäyksellinen ionisaatioprosessi. Kun sovitettu vastusjännite saavuttaa tietyt arvot, vahva sähkökenttä kiihdyttää vapaita elekronia riittävään kinettiseen energiaan törmätä hilan atomeihin, luoden uusia elektroni-reikäpareja. Nämä uudet elektroni-reikäparit jatkavat törmäyksiä, muodostaen ketjureaktion, joka lopulta johtaa sähkövirran terävään kasvuun.

Ominaisuudet

• Esiintymisehdot: Alhaisesti dopatuissa PN-liitoksissa sähkökentän voima on heikko, ja korkeampi jännite vaaditaan myrskyvaikutuksen käynnistämiseksi.

• Hajoamisjännite: Yleensä tapahtuu korkeammilla jännitearvoilla, noin 5V:stä ylöspäin, riippuen materiaalista ja dopauksen määrästä.

• Lämpötilakerroin: Positiivinen lämpötilakerroin, eli kun lämpötila nousee, hajoamisjännite kasvaa.

Zener-hajoamisjännitteen olevan pienempi kuin myrskyhajoamisjännitteen pääasialliset syyt ovat seuraavat:

• Dopauksen määrä: Zener-hajoaminen tapahtuu yleensä korkeasti dopatuissa PN-liitoksissa, kun taas myrskyhajoaminen tapahtuu alhaisesti dopatuissa PN-liitoksissa. Korkea dopaus tarkoittaa, että riittävä sähkökentän voima voidaan saavuttaa matalalla sovitettulla jännitteellä, jotta valenssipyörähdysbändin elektronit saavat riittävän energian siirtymään johtopyörähdysbändiin. Toisin sanoen, alhaisesti dopatuissa PN-liitoksissa vaaditaan korkeampi sovitettu jännite saavuttaakseen saman sähkökentän voiman.

• Sähkökentän voima: Zener-hajoaminen perustuu pääasiassa paikallisiin vahvoihin sähkökenttiin aiheutteemiin elektronien siirtymiin, kun taas myrskyhajoaminen perustuu sähkökentän voimiin, jotka ovat tasaisesti jakautuneet koko PN-liitoksen alueelle. Siksi myrskyhajoaminen vaatii korkeamman jännitteen luodakseen riittävän törmäyksellisen ionisaatiovaikutuksen.

• Materiaalin ominaisuudet: Zener-hajoaminen tapahtuu pääasiassa joissakin erityisissä materiaaleissa (kuten piisissa) ja liittyy materiaalin energiapäälle. Myrskyhajoaminen riippuu enemmän materiaalin fysikaalisista ominaisuuksista, kuten bandipäällä ja kuljetinliikkuvuudesta.

Yhteenveto

Zener-hajoaminen ja myrskyhajoaminen ovat kaksi erilaista hajoamismekanismia, jotka tapahtuvat eri olosuhteissa ja joilla on erilaiset lämpötilakerroinominaisuudet. Zener-hajoamisjännite on yleensä pienempi kuin myrskyhajoamisjännite, koska Zener-hajoaminen tapahtuu korkeasti dopatuissa PN-liitoksissa, kun taas myrskyhajoaminen tapahtuu alhaisesti dopatuissa PN-liitoksissa. Jälkimmäinen vaatii matalan sovitettujännitteen saavuttaakseen riittävän sähkökentän voiman, kun taas edellinen vaatii korkean jännitteen impact-ionisaatiovaikutuksen muodostamiseksi.