Ինչու Ցեների կոլապսի ծայրագիծը փոքր է լավինային կոլապսի ծայրագիծից

Զեների կոլապսի համար պահանջվող ծանրակայուն լարումը և ավալանշի կոլապսի համար պահանջվող ծանրակայուն լարումը երկու տարբեր կոլապսի մեխանիզմներ են սեմիկոնդուկտորային սարքերում, հատկապես դիոդներում։ Այս երկու մեխանիզմների պատճառով կոլապսի լարումը տարբեր է, գլխավորապես իրենց տարբեր ֆիզիկական մեխանիզմների և առաջացման պայմանների պատճառով։

Զեների կոլապս

Զեների կոլապսը տեղի է ունենում հակառակ ուղղված PN միացման մեջ, և երբ կիրառվող հակառակ լարումը բավականաչափ բարձր է, PN միացման էլեկտրական դաշտի ուժը բավական է դառնում որպեսզի դաշտային համակարգի վալենսի համակարգում գտնվող էլեկտրոնները ստանան բավարար էներգիա անցնելու համար կոնդուկտորային համակարգ՝ ձգտելով էլեկտրոն-դիրակային զույգի կազմման։ Այս գործընթացը գլխավորապես տեղի է ունենում սեմիկոնդուկտորային նյութերի բարակ շերտերում, հատկապես բարձր դոպանտավորման կոնցենտրացիայով ունեցող PN միացումներում։

Հատկություններ

• Առաջացման պայմանները: Բարձր դոպանտավորման կոնցենտրացիայով PN միացումում էլեկտրական դաշտի ուժը բավական է համար էլեկտրոնների անցումի համար։

• Կոլապսի լարումը: Նորմալ պայմաններում տեղի է ունենում բավականաչափ ցածր լարման մակարդակում, մոտ 2.5V-5.6V միջակայքում։

• Տեմպերատուրայի գործակիցը: Բացասական տեմպերատուրայի գործակից, այսինքն երբ տեմպերատուրան ավելանում է, կոլապսի լարումը նվազում է։

Ավալանշի կոլապս

Ավալանշի կոլապսը նույնպես տեղի է ունենում հակառակ ուղղված PN միացման մեջ, բայց այն առաջացում է կոլիզիայի իոնացման գործընթացով։ Երբ կիրառվող հակառակ լարումը հասնում է որոշակի արժեքի, բավականաչափ հզոր էլեկտրական դաշտը արագացնում է ազատ էլեկտրոնները բավարար կինետիկ էներգիայի մինչև դրանք կոլիզիայով հանդիպեն կոլապսի ատոմների հետ և ստեղծում են նոր էլեկտրոն-դիրակային զույգ։ Այս նոր ստեղծված էլեկտրոն-դիրակային զույգերը շարունակում են կոլիզիայով հանդիպել, ձգտելով շղթայական ռեակցիայի ձևավորման, որը վերջնականապես հանգեցնում է հոսանքի կարգավոր աճին։

Հատկություններ

• Առաջացման պայմանները: Ցածր դոպանտավորման կոնցենտրացիայով PN միացումում էլեկտրական դաշտի ուժը թույլ է, և ավելի բարձր լարում է պահանջվում ավալանշի էֆեկտի հանգեցնելու համար։

• Կոլապսի լարումը: Նորմալ պայմաններում տեղի է ունենում բավականաչափ բարձր լարման մակարդակում, մոտ 5V-ից բարձրագույն լարումներում, նյութի և դոպանտավորման կոնցենտրացիայի կախված։

• Տեմպերատուրայի գործակիցը: Դրական տեմպերատուրայի գործակից, այսինքն երբ տեմպերատուրան ավելանում է, կոլապսի լարումը ավելանում է։

Զեների կոլապսի լարումը պակաս է ավալանշի կոլապսի լարումից հետևյալ պատճառով.

• Դոպանտավորման կոնցենտրացիան: Զեների կոլապսը նորմալ պայմաններում տեղի է ունենում բարձր դոպանտավորման կոնցենտրացիայով PN միացումում, իսկ ավալանշի կոլապսը տեղի է ունենում ցածր դոպանտավորման կոնցենտրացիայով PN միացումում։ Բարձր դոպանտավորման կոնցենտրացիան նշանակում է, որ բավականաչափ էլեկտրական դաշտի ուժ կարող է հասնել ցածր կիրառվող լարման մակարդակում, որպեսզի դաշտային համակարգի վալենսի համակարգում գտնվող էլեկտրոնները ստանան բավարար էներգիա անցնելու համար կոնդուկտորային համակարգ։ Միակողմ, ցածր դոպանտավորման կոնցենտրացիայով PN միացումները պահանջում են բավականաչափ բարձր կիրառվող լարում հասնելու համար նույն էլեկտրական դաշտի ուժը ստանալու համար։

• Էլեկտրական դաշտի ուժը: Զեների կոլապսը հիմնականում կախված է լոկալ հզոր էլեկտրական դաշտի պատճառով էլեկտրոնների անցումից, իսկ ավալանշի կոլապսը կախված է էլեկտրական դաշտի ուժից, որը հավասարաչափ բաշխված է ամբողջ PN միացման տարածության վրա։ Այսպիսով, ավալանշի կոլապսը պահանջում է բավականաչափ բարձր լարում հասնելու համար բավարար ազդեցություն ստանալու համար։

• Նյութի հատկությունները: Զեների կոլապսը նորմալ պայմաններում տեղի է ունենում որոշ մասնավոր նյութերում (օրինակ կремնիում) և կապված է նյութի էներգիայի տարածքի հետ։ Ավալանշի կոլապսը ավելի շատ կախված է նյութի ֆիզիկական հատկություններից, ինչպիսիք են էներգիայի տարածքի լայնությունը և կարիերների շարժունակությունը։

Ընդհանուր պատկերը

Զեների կոլապսը և ավալանշի կոլապսը երկու տարբեր կոլապսի մեխանիզմներ են, որոնք տեղի են ունենում տարբեր պայմաններում և ունեն տարբեր տեմպերատուրայի գործակիցներ։ Զեների կոլապսի լարումը նորմալ պայմաններում նվազ է ավալանշի կոլապսի լարումից, քանի որ զեների կոլապսը տեղի է ունենում բարձր դոպանտավորման կոնցենտրացիայով PN միացումում, իսկ ավալանշի կոլապսը տեղի է ունենում ցածր դոպանտավորման կոնցենտրացիայով PN միացումում, առաջինը պահանջում է ցածր կիրառվող լարում բավարար էլեկտրական դաշտի ուժ ստանալու համար, իսկ վերջինը պահանջում է բավականաչափ բարձր լարում ազդեցություն ստանալու համար։