ゼナーブレークダウン電圧がアバランチブレークダウン電圧よりも低いのはなぜですか
ジーナー崩壊電圧とアバランチ崩壊電圧は、半導体デバイス、特にダイオードにおいて異なる崩壊メカニズムです。これらの2つのメカニズムによる崩壊電圧は異なります。主な理由は、物理的なメカニズムと発生条件が異なるためです。
ジーナー崩壊
ジーナー崩壊は逆バイアスPN接合で発生します。逆方向の電圧が十分に高い場合、PN接合内の電場強度が高くなり、価電子帯の電子が導電帯へ移動するのに十分なエネルギーを得て、電子-正孔対を形成します。この過程は特に高濃度ドープされた半導体材料の薄い層、特に高濃度ドープされたPN接合で起こります。
特徴
発生条件：高濃度ドープされたPN接合では、電場強度が強く、電子の遷移が容易に起こります。
崩壊電圧：通常、約2.5Vから5.6Vの低い電圧レベルで発生します。
温度係数：負の温度係数であり、温度が上昇すると崩壊電圧が低下します。
アバランチ崩壊
アバランチ崩壊も逆バイアスPN接合で発生しますが、これは衝突イオン化プロセスです。逆方向の電圧が一定の値に達すると、強い電場によって自由電子が十分な運動エネルギーを得て、格子中の原子と衝突し、新たな電子-正孔対を生成します。これらの新しく生成された電子-正孔対はさらに衝突を続け、連鎖反応を引き起こし、最終的に電流が急激に増加します。
特徴
発生条件：低濃度ドープされたPN接合では、電場強度が弱いため、アバランチ効果を引き起こすにはより高い電圧が必要です。
崩壊電圧：通常、約5V以上の高い電圧レベルで発生します。材料やドープ濃度によります。
温度係数：正の温度係数であり、温度が上昇すると崩壊電圧が上昇します。
ジーナー崩壊電圧がアバランチ崩壊電圧よりも低い主な理由は以下の通りです：
ドープ濃度：ジーナー崩壊は通常、高濃度ドープされたPN接合で発生し、アバランチ崩壊は低濃度ドープされたPN接合で発生します。高濃度ドープの場合、低い適用電圧で十分な電場強度を達成でき、価電子帯の電子が導電帯へ移動するのに十分なエネルギーを得られます。一方、低濃度ドープのPN接合では、同じ電場強度を達成するにはより高い適用電圧が必要です。
電場強度：ジーナー崩壊は主に局所的な強い電場によって引き起こされる電子遷移に依存していますが、アバランチ崩壊は全体的なPN接合領域に均一に分布する電場強度に依存しています。したがって、アバランチ崩壊は十分な衝突イオン化効果を生み出すためにより高い電圧が必要です。
材料特性：ジーナー崩壊は特定の材料（例えばシリコン）で主に発生し、材料のエネルギーギャップに関連しています。アバランチ崩壊は材料の物理的特性、例えばバンドギャップ幅やキャリア移動度により大きく依存します。
まとめ
ジーナー崩壊とアバランチ崩壊は異なる条件で発生し、異なる温度係数を持つ2つの異なる崩壊メカニズムです。ジーナー崩壊電圧は通常、アバランチ崩壊電圧よりも低くなります。これは、ジーナー崩壊が高濃度ドープされたPN接合で発生し、アバランチ崩壊が低濃度ドープされたPN接合で発生するためです。前者は十分な電場強度を達成するために低い適用電圧を必要とし、後者は衝突イオン化効果を形成するために高い電圧を必要とします。
