Miért kisebb a Zener-törésvolt, mint az árvízi törésvolt?

A Zener-felbomlás és az árvízifelbomlás két különböző felbomlási mechanizmus a szemiconducens eszközökben, különösen a diódákban. A két mechanizmus által okozott felbomlástól eltérő feszültségek jellemzik, mivel fizikai mechanizmusaik és előfordulási feltételeik különbözőek.

Zener-felbomlás

A Zener-felbomlás egy fordított irányítású PN-illesztésben történik, és amikor a hozzáadott fordított feszültség elég magas, az elektrikus mező ereje a PN-illesztésben olyan erős, hogy a valencia-sávban lévő elektronok elég energiát kapnak ahhoz, hogy átmenjenek a vezetési sávba, és elektrom-hurokpár alakuljon ki. Ez a folyamat kifejezetten vékony szemiconducens anyagrétegekben, különösen magas dopáltságú PN-illesztésekben történik.

Jellemzők

• Előfordulási feltételek: Magas dopáltságú PN-illesztésekben az elektrikus mező ereje olyan erős, hogy könnyen elektronátmenetet okozhat.

• Felbomlásfeszültség: Általában alacsonyabb feszültségen, körülbelül 2,5V és 5,6V között történik.

• Hőmérsékleti együttható: Negatív hőmérsékleti együttható, ami azt jelenti, hogy a hőmérséklet növekedésekor a felbomlásfeszültség csökken.

Árvízifelbomlás

Az árvízifelbomlás is fordított irányítású PN-illesztésekben történik, de ez egy ütközési ionizációs folyamat. Amikor a hozzáadott fordított feszültség bizonyos értékre éri, az erős elektrikus mező elég magas kinetikai energiát ad a szabad elektronoknak, hogy ütközzék a kristályrácsban lévő atomokkal, és új elektrom-hurokpárokat hozzon létre. Ezek az újonnan létrejött elektrom-hurokpárok továbbra is ütköznek, láncreakcióval, ami végül drámai áramnövekedéshez vezet.

Jellemzők

• Előfordulási feltételek: Alacsony dopáltságú PN-illesztésekben az elektrikus mező ereje gyengébb, és magasabb feszültség szükséges az árvízihatás kiváltásához.

• Felbomlásfeszültség: Általában magasabb feszültségen, körülbelül 5V vagy annál magasabban történik, a anyag és a dopáltság függvényében.

• Hőmérsékleti együttható: Pozitív hőmérsékleti együttható, ami azt jelenti, hogy a hőmérséklet növekedésekor a felbomlásfeszültség nő.

A Zener-felbomlás feszültsége kisebb, mint az árvízifelbomlás feszültsége, a következők miatt:

• Dopáltság: A Zener-felbomlás általában magas dopáltságú PN-illesztésekben történik, míg az árvízifelbomlás alacsony dopáltságú PN-illesztésekben. A magas dopáltság azt jelenti, hogy elég erős elektrikus mező elérhető alacsony alkalmazott feszültségen, így a valencia-sávban lévő elektronok elég energiát kapnak, hogy átmenjenek a vezetési sávba. Ellenben, az alacsony dopáltságú PN-illesztések esetén magasabb alkalmazott feszültség szükséges ugyanilyen erős elektrikus mező eléréséhez.

• Elektrikus mező ereje: A Zener-felbomlás függ a helyi erős elektrikus mező által okozott elektronátmenetektől, míg az árvízifelbomlás a teljes PN-illesztés területén egyenletesen elterjedt elektrikus mező erejétől függ. Így az árvízifelbomlás esetén magasabb feszültség szükséges, hogy elég nagy hatású ionizációt hozzon létre.

• Anyag tulajdonságai: A Zener-felbomlás néhány specifikus anyagban (pl. kisilícium) történik, és összefügg az anyag energia résszel. Az árvízifelbomlás inkább a anyag fizikai tulajdonságaitól, mint például a bándzsáv szélességétől és a részecskemobilitástól függ.

Összefoglalva

A Zener-felbomlás és az árvízifelbomlás két különböző felbomlási mechanizmus, amelyek különböző feltételek mellett történnek, és különböző hőmérsékleti együtthatókkal rendelkeznek. A Zener-felbomlás feszültsége általában kisebb, mint az árvízifelbomlás feszültsége, mert a Zener-felbomlás magas dopáltságú PN-illesztésekben történik, míg az árvízifelbomlás alacsony dopáltságú PN-illesztésekben. Az első esetben alacsony alkalmazott feszültség elég ahhoz, hogy elég erős elektrikus mezőt hozzon létre, míg a második esetben magasabb feszültség szükséges, hogy elég nagy hatású ionizációt hozzon létre.