Bakit mas mababa ang Zener breakdown voltage kaysa sa avalanche breakdown voltage

Ang tensyon ng pagguho ng Zener at ang tensyon ng pagguho ng avalanche ay dalawang iba't ibang mekanismo ng pagguho sa mga semiconductor device, lalo na sa mga diode. Ang tensyon ng pagguho na dulot ng dalawang mekanismong ito ay naiiba, pangunahin dahil sa kanilang iba't ibang pisikal na mekanismo at kondisyon ng pagyayari.

Pagguho ng Zener

Ang pagguho ng Zener ay nangyayari sa isang reverse-biased PN junction, at kapag ang inilapat na reverse voltage ay sapat na mataas, ang lakas ng elektrikong field sa PN junction ay sapat upang mabigyan ng sapat na enerhiya ang mga elektron sa valence band upang lumipat sa conduction band upang bumuo ng electron-hole pair. Ang prosesong ito ay pangunahing nangyayari sa maliit na layer ng semiconductor materials, lalo na sa mga PN junction na may mataas na concentration ng doping.

Mga Katangian

• Kondisyon ng pagyayari: Sa PN junction na may mataas na concentration ng doping, ang lakas ng elektrikong field ay malakas, kaya madaling magresulta sa electronic transition.

• Tensyon ng pagguho: Karaniwang nangyayari sa mas mababang antas ng tensyon, sa pagitan ng humigit-kumulang 2.5V at 5.6V.

• Temperature coefficient: Negatibong temperature coefficient, nangangahulugan na habang tumaas ang temperatura, ang tensyon ng pagguho ay bababa.

Avalanche breakdown

Ang avalanche breakdown ay nangyayari rin sa reverse-biased PN junctions, ngunit ito ay isang collisional ionization process. Kapag ang inilapat na reverse voltage ay umabot sa isang tiyak na halaga, ang malakas na elektrikong field ay nagpapabilis ng mga libreng elektron hanggang sa makamit ang sapat na kinetic energy upang sumunggaban ang mga atom sa lattice, na nagpapabuo ng bagong electron-hole pairs. Ang mga bagong nabuong electron-hole pairs ay patuloy na sumusunggab, na nagpapabuo ng chain reaction na sa huli ay nagdudulot ng malaking pagtaas ng current.

Mga Katangian

• Kondisyon ng pagyayari: Sa PN junction na may mababang concentration ng doping, ang lakas ng elektrikong field ay mahina, at kinakailangan ng mas mataas na tensyon upang i-trigger ang avalanche effect.

• Tensyon ng pagguho: Karaniwang nangyayari sa mataas na antas ng tensyon, humigit-kumulang 5V o mas mataas, depende sa materyal at concentration ng doping.

• Temperature coefficient: Positibong temperature coefficient, nangangahulugan na habang tumaas ang temperatura, ang tensyon ng pagguho ay tataas.

Ang pangunahing mga dahilan kung bakit ang tensyon ng pagguho ng Zener ay mas mababa kaysa sa tensyon ng pagguho ng avalanche ay ang mga sumusunod:

• Concentration ng doping: Ang pagguho ng Zener karaniwang nangyayari sa PN junctions na may mataas na concentration ng doping, samantalang ang avalanche breakdown nangyayari sa PN junctions na may mababang concentration ng doping. Ang mataas na concentration ng doping nangangahulugan na maaaring makamit ang sapat na lakas ng elektrikong field sa mababang inilapat na tensyon, kaya ang mga elektron sa valence band ay maaaring makamit ang sapat na enerhiya upang lumipat sa conduction band. Sa kabaligtaran, ang PN junctions na may mababang concentration ng doping ay nangangailangan ng mas mataas na inilapat na tensyon upang makamit ang parehong lakas ng elektrikong field.

• Lakas ng elektrikong field: Ang pagguho ng Zener umaasa pangunahin sa mga electronic transitions na dulot ng lokal na malakas na elektrikong field, samantalang ang avalanche breakdown umaasa sa lakas ng elektrikong field na pantay na nakalat sa buong rehiyon ng PN junction. Kaya, ang avalanche breakdown nangangailangan ng mas mataas na tensyon upang makabuo ng sapat na impact ionization effect.

• Katangian ng materyal: Ang pagguho ng Zener pangunahing nangyayari sa ilang partikular na materyal (tulad ng silicon) at nauugnay sa energy gap ng materyal. Ang avalanche breakdown mas depende sa pisikal na katangian ng materyal, tulad ng band gap width at carrier mobility.

Buuin

Ang pagguho ng Zener at avalanche breakdown ay dalawang iba't ibang mekanismo ng pagguho na nangyayari sa iba't ibang kondisyon at may iba't ibang temperature coefficients. Ang tensyon ng pagguho ng Zener ay karaniwang mas mababa kaysa sa tensyon ng pagguho ng avalanche, dahil ang pagguho ng Zener nangyayari sa PN junction na may mataas na concentration ng doping, samantalang ang avalanche breakdown nangyayari sa PN junction na may mababang concentration ng doping, ang una ay nangangailangan ng mababang inilapat na tensyon upang makamit ang sapat na lakas ng elektrikong field, ang huli naman nangangailangan ng mataas na tensyon upang makabuo ng impact ionization effect.