Zašto je naponski propust Zenera manji od napona propusta lavinske raspadne?

Naponska razina Zenerove raspadne naponske razine i naponska razina raspadu lavinskim mehanizmom su dva različita mehanizma raspadu u poluprovodničkim uređajima, posebno diodama. Naponska razina koja nastaje zbog ovih dvaju mehanizama je različita, uglavnom zbog njihovih različitih fizičkih mehanizama i uvjeta pojavljivanja.

Zenerova raspadna naponska razina

Zenerova raspadna naponska razina događa se u obrnuto polariziranom PN spoju, i kada primijenjena obrnuta napona dostigne dovoljnu visinu, jačina električnog polja u PN spoju je dovoljna da elektroni u valentnom pojasku dobiju dovoljno energije kako bi prešli u vodići pojasek i formirali par elektron-rupa. Taj proces uglavnom se odvija u tankim slojevima poluprovodničkih materijala, posebno u PN spojevima s visokom koncentracijom dopiranja.

Značajke

• Uvjeti pojavljivanja: U PN spoju s visokom koncentracijom dopiranja, jačina električnog polja je jakka, što lako dovodi do prelaza elektrona.

• Raspadna naponska razina: Obično se javlja na nižim nivoima napona, između približno 2,5V i 5,6V.

• Koeficijent temperature: Negativan koeficijent temperature, što znači da s porastom temperature raspadna naponska razina će opadati.

Lavinski raspad

Lavinski raspad također se javlja u obrnuto polariziranom PN spoju, ali to je proces kolizije i jonizacije. Kada primijenjena obrnuta napona doseže određenu vrijednost, jak električni polje ubrzava slobodne elektrone do dovoljno visoke kinetičke energije kako bi sudarili s atomima u mreži, stvarajući nove parove elektron-rupa. Ovi novostvoreni parovi elektron-rupa nastavljaju sudariti, formirajući lančani reakciju koja konačno dovodi do oštrog porasta struje.

Značajke

• Uvjeti pojavljivanja: U PN spoju s niskom koncentracijom dopiranja, jačina električnog polja je slaba, te je potrebna viša napona kako bi se pokrenuo lavinski učinak.

• Raspadna naponska razina: Obično se javlja na visokom nivou napona, oko 5V ili više, ovisno o materijalu i koncentraciji dopiranja.

• Koeficijent temperature: Pozitivan koeficijent temperature, što znači da s porastom temperature raspadna naponska razina će rasti.

Glavni razlozi zašto je Zenerova raspadna naponska razina manja od lavinske raspadne naponske razine su sljedeći:

• Koncentracija dopiranja: Zenerova raspadna naponska razina obično se javlja u PN spojevima s visokom koncentracijom dopiranja, dok se lavinski raspad javlja u PN spojevima s niskom koncentracijom dopiranja. Visoka koncentracija dopiranja znači da se dovoljna jačina električnog polja može postići pri niskoj primijenjenoj naponi, tako da elektroni u valentnom pojasku dobiju dovoljno energije kako bi prešli u vodići pojasek. U suprotnosti, PN spojevi s niskom koncentracijom dopiranja zahtijevaju više primijenjene napone kako bi se postigla ista jačina električnog polja.

• Jačina električnog polja: Zenerova raspadna naponska razina oslanja se uglavnom na prelaz elektrona uzrokovan lokalnim jakim električnim poljem, dok se lavinski raspad oslanja na jačinu električnog polja raspoređenu jednoliko tijekom cijelog područja PN spoja. Stoga, lavinski raspad zahtijeva višu naponsku razinu kako bi stvorio dovoljan učinak udarnog ioniziranja.

• Svojstva materijala: Zenerova raspadna naponska razina uglavnom se javlja u nekim specifičnim materijalima (poput kremika) i vezana je za energetski prazninu materijala. Lavinski raspad više ovisi o fizičkim svojstvima materijala, poput širine band gapa i mobilnosti nositelja.

Sažetak

Zenerova raspadna naponska razina i lavinski raspad su dva različita mehanizma raspadu koji se javljaju pod različitim uvjetima i imaju različite koeficijente temperature. Zenerova raspadna naponska razina obično je niža od lavinske raspadne naponske razine, jer se Zenerova raspadna naponska razina javlja u PN spojevima s visokom koncentracijom dopiranja, dok se lavinski raspad javlja u PN spojevima s niskom koncentracijom dopiranja, prvi zahtijeva nisku primijenjenu naponsku razinu kako bi se postigla dovoljna jačina električnog polja, drugi zahtijeva visoku naponsku razinu kako bi se formirao učinak udarnog ioniziranja.