Mengapa tegangan putus Zener lebih rendah daripada tegangan putus avalanche

Tegangan hancur Zener dan tegangan hancur avalanche adalah dua mekanisme hancur yang berbeda dalam perangkat semikonduktor, terutama dioda. Tegangan hancur yang disebabkan oleh kedua mekanisme ini berbeda, sebagian besar karena mekanisme fisik dan kondisi terjadinya yang berbeda.

Hancur Zener

Hancur Zener terjadi pada junction PN yang dibias balik, dan ketika tegangan balik yang diterapkan cukup tinggi, kekuatan medan listrik di junction PN cukup untuk membuat elektron di band valensi mendapatkan energi yang cukup untuk beralih ke band konduksi membentuk pasangan elektron-lubang. Proses ini terutama terjadi pada lapisan tipis bahan semikonduktor, terutama pada junction PN dengan konsentrasi doping tinggi.

Fitur

• Kondisi terjadinya: Pada junction PN dengan konsentrasi doping tinggi, kekuatan medan listrik kuat, yang mudah menyebabkan transisi elektron.

• Tegangan hancur: Biasanya terjadi pada tingkat tegangan yang lebih rendah, antara sekitar 2.5V dan 5.6V.

• Koefisien suhu: Koefisien suhu negatif, artinya seiring peningkatan suhu, tegangan hancur akan menurun.

Hancur avalanche

Hancur avalanche juga terjadi pada junction PN yang dibias balik, tetapi ini adalah proses ionisasi tabrakan. Ketika tegangan balik yang diterapkan mencapai nilai tertentu, medan listrik yang kuat mempercepat elektron bebas hingga memiliki energi kinetik yang cukup untuk bertabrakan dengan atom dalam struktur kristal, menciptakan pasangan elektron-lubang baru. Pasangan elektron-lubang baru ini terus bertabrakan, membentuk reaksi berantai yang akhirnya menyebabkan peningkatan tajam arus.

Fitur

• Kondisi terjadinya: Pada junction PN dengan konsentrasi doping rendah, kekuatan medan listrik lemah, dan diperlukan tegangan yang lebih tinggi untuk memicu efek avalanche.

• Tegangan hancur: Biasanya terjadi pada tingkat tegangan yang tinggi, sekitar 5V atau lebih, tergantung pada bahan dan konsentrasi doping.

• Koefisien suhu: Koefisien suhu positif, artinya seiring peningkatan suhu, tegangan hancur akan meningkat.

Alasan utama mengapa tegangan hancur Zener lebih rendah dari tegangan hancur avalanche adalah sebagai berikut:

• Konsentrasi doping: Hancur Zener biasanya terjadi pada junction PN dengan konsentrasi doping tinggi, sementara hancur avalanche terjadi pada junction PN dengan konsentrasi doping rendah. Konsentrasi doping tinggi berarti bahwa kekuatan medan listrik yang cukup dapat dicapai pada tegangan yang diterapkan rendah, sehingga elektron di band valensi mendapatkan energi yang cukup untuk beralih ke band konduksi. Sebaliknya, junction PN dengan konsentrasi doping rendah memerlukan tegangan yang diterapkan lebih tinggi untuk mencapai kekuatan medan listrik yang sama.

• Kekuatan medan listrik: Hancur Zener bergantung pada transisi elektron yang disebabkan oleh medan listrik lokal yang kuat, sementara hancur avalanche bergantung pada kekuatan medan listrik yang tersebar merata di seluruh wilayah junction PN. Oleh karena itu, hancur avalanche memerlukan tegangan yang lebih tinggi untuk menciptakan efek ionisasi tabrakan yang cukup.

• Sifat material: Hancur Zener terutama terjadi pada beberapa bahan tertentu (seperti silikon) dan berkaitan dengan celah energi bahan tersebut. Hancur avalanche lebih bergantung pada sifat fisik bahan, seperti lebar celah band dan mobilitas pembawa muatan.

Ringkasan

Hancur Zener dan hancur avalanche adalah dua mekanisme hancur yang berbeda yang terjadi dalam kondisi yang berbeda dan memiliki koefisien suhu yang berbeda. Tegangan hancur Zener biasanya lebih rendah dari tegangan hancur avalanche, hal ini karena hancur Zener terjadi pada junction PN dengan konsentrasi doping tinggi, sementara hancur avalanche terjadi pada junction PN dengan konsentrasi doping rendah, yang pertama membutuhkan tegangan yang diterapkan rendah untuk mencapai kekuatan medan listrik yang cukup, sedangkan yang kedua membutuhkan tegangan tinggi untuk membentuk efek ionisasi tabrakan.