Por que a tensión de ruptura Zener é menor que a tensión de ruptura por avalancha
A tensión de ruptura Zener e a tensión de ruptura por avalancha son dous mecanismos diferentes de ruptura en dispositivos semiconductores, especialmente diodos. A tensión de ruptura causada por estes dous mecanismos é diferente, principalmente debido ás súas diferentes mecánicas físicas e condicións de ocurrencia.
Ruptura Zener
A ruptura Zener ocorre nunha unión PN polarizada inversamente, e cando a tensión inversa aplicada é suficientemente alta, a forza do campo eléctrico na unión PN é suficiente para que os electróns na banda de valencia teñan enerxía suficiente para transitar á banda de conducción para formar un par electrón-buraco. Este proceso ocorre principalmente en capas finas de materiais semiconductores, especialmente en uniones PN con altas concentracións de dopado.
Características
Condición de ocurrencia: Nunha unión PN con alta concentración de dopado, a forza do campo eléctrico é forte, o que facilita a transición electrónica.
Tensión de ruptura: Xeralmente ocorre a niveis de tensión máis baixos, entre aproximadamente 2,5V e 5,6V.
Coeficiente de temperatura: Coeficiente de temperatura negativo, o que significa que cando a temperatura aumenta, a tensión de ruptura diminuirá.
Ruptura por avalancha
A ruptura por avalancha tamén ocorre en uniones PN polarizadas inversamente, pero é un proceso de ionización colisional. Cando a tensión inversa aplicada alcanza un determinado valor, o forte campo eléctrico acelera os electróns libres a unha enerxía cinética suficientemente alta para colidir coas átomos na rede, creando novos pares electrón-buraco. Estes novos pares electrón-buraco continúan colidindo, formando unha reacción en cadea que finalmente leva a un aumento agudo da corrente.
Características
Condición de ocurrencia: Nunha unión PN con baixa concentración de dopado, a forza do campo eléctrico é débil, e require unha tensión máis alta para desencadear o efecto de avalancha.
Tensión de ruptura: Xeralmente ocorre a un nivel de tensión alto, aproximadamente 5V ou máis, dependendo do material e a concentración de dopado.
Coeficiente de temperatura: Coeficiente de temperatura positivo, o que significa que cando a temperatura aumenta, a tensión de ruptura aumentará.
As principais razóns polas que a tensión de ruptura Zener é menor que a tensión de ruptura por avalancha son as seguintes:
Concentración de dopado: A ruptura Zener xeralmente ocorre en uniones PN con altas concentracións de dopado, mentres que a ruptura por avalancha ocorre en uniones PN con baixas concentracións de dopado. A alta concentración de dopado significa que se pode lograr unha forza de campo eléctrico suficiente cunha baixa tensión aplicada, para que os electróns na banda de valencia obteñan enerxía suficiente para transitar á banda de conducción. En contraste, as uniones PN con baixas concentracións de dopado requiren voltaxes aplicados máis altos para lograr a mesma forza de campo eléctrico.
Forza do campo eléctrico: A ruptura Zener depende principalmente das transicións electrónicas causadas por campos eléctricos locais fortes, mentres que a ruptura por avalancha depende de forzas de campo eléctrico distribuídas uniformemente sobre toda a rexión da unión PN. Polo tanto, a ruptura por avalancha require unha tensión máis alta para crear un efecto de ionización de impacto suficiente.
Propiedades do material: A ruptura Zener ocorre principalmente en algúns materiais específicos (como o silicio) e está relacionada coa brecha de enerxía do material. A ruptura por avalancha depende máis das propiedades físicas do material, como a anchura da brecha de banda e a mobilidade dos portadores de carga.
En resumo
A ruptura Zener e a ruptura por avalancha son dous mecanismos de ruptura diferentes que ocorren baixo diferentes condicións e teñen diferentes coeficientes de temperatura. A tensión de ruptura Zener xeralmente é menor que a tensión de ruptura por avalancha, isto é porque a ruptura Zener ocorre en uniones PN con alta concentración de dopado, mentres que a ruptura por avalancha ocorre en uniones PN con baixa concentración de dopado, a primeira require unha baixa tensión aplicada para lograr unha forza de campo eléctrico suficiente, a segunda require unha alta tensión para formar o efecto de ionización de impacto.
