왜 제너 전압이 에이벌랜치 전압보다 낮을까요
제너 붕괴 전압과 아발란체 붕괴 전압은 반도체 소자, 특히 다이오드에서 발생하는 두 가지 다른 붕괴 메커니즘입니다. 이 두 메커니즘에 의해 발생하는 붕괴 전압은 다르며, 그 이유는 물리적 메커니즘과 발생 조건이 다르기 때문입니다.
제너 붕괴
제너 붕괴는 역방향 바이어스가 걸린 PN 접합에서 발생합니다. 역방향 전압이 충분히 높아지면 PN 접합의 전기장 강도가 충분히 높아져 발전대의 전자가 전도대로 전이하여 전자-홀 쌍을 형성합니다. 이 과정은 주로 고농도 도핑된 반도체 재료의 얇은 층에서, 특히 고농도 도핑된 PN 접합에서 주로 발생합니다.
특징
발생 조건: 고농도 도핑된 PN 접합에서 전기장 강도가 강하므로 전자 전환이 쉽게 발생합니다.
붕괴 전압: 일반적으로 약 2.5V에서 5.6V 사이의 낮은 전압 수준에서 발생합니다.
온도 계수: 음의 온도 계수를 가지며, 온도가 증가할수록 붕괴 전압이 감소합니다.
아발란체 붕괴
아발란체 붕괴도 역방향 바이어스가 걸린 PN 접합에서 발생하지만, 이것은 충돌 이온화 과정입니다. 역방향 전압이 특정 값에 도달하면 강한 전기장이 자유 전자를 충분히 높은 운동 에너지로 가속시켜 격자 내 원자와 충돌하여 새로운 전자-홀 쌍을 생성합니다. 이러한 새로 생성된 전자-홀 쌍은 계속 충돌하여 연쇄 반응을 일으키고 결국 급격한 전류 증가를 초래합니다.
특징
발생 조건: 저농도 도핑된 PN 접합에서 전기장 강도가 약하므로 아발란체 효과를 유발하기 위해서는 더 높은 전압이 필요합니다.
붕괴 전압: 일반적으로 약 5V 이상의 높은 전압 수준에서 발생하며, 재료와 도핑 농도에 따라 달라집니다.
온도 계수: 양의 온도 계수를 가지며, 온도가 증가할수록 붕괴 전압이 증가합니다.
제너 붕괴 전압이 아발란체 붕괴 전압보다 낮은 주요 이유는 다음과 같습니다:
도핑 농도: 제너 붕괴는 일반적으로 고농도 도핑된 PN 접합에서 발생하고, 아발란체 붕괴는 저농도 도핑된 PN 접합에서 발생합니다. 고농도 도핑은 낮은 적용 전압에서도 충분한 전기장 강도를 달성할 수 있으므로, 발전대의 전자가 충분한 에너지를 얻어 전도대로 전이할 수 있습니다. 반면, 저농도 도핑된 PN 접합은 같은 전기장 강도를 달성하기 위해서는 더 높은 적용 전압이 필요합니다.
전기장 강도: 제너 붕괴는 주로 국부적으로 강한 전기장에 의한 전자 전환에 의존하며, 아발란체 붕괴는 전체 PN 접합 영역에 걸쳐 균일하게 분포된 전기장 강도에 의존합니다. 따라서 아발란체 붕괴는 충분한 충돌 이온화 효과를 만들기 위해서 더 높은 전압이 필요합니다.
재료 특성: 제너 붕괴는 주로 일부 특정 재료(예: 실리콘)에서 발생하며, 재료의 에너지 간극과 관련이 있습니다. 아발란체 붕괴는 재료의 물리적 특성, 예를 들어 밴드 갭 폭과 캐리어 이동도 등에 더 의존합니다.
요약
제너 붕괴와 아발란체 붕괴는 서로 다른 조건 하에서 발생하는 두 가지 다른 붕괴 메커니즘으로, 서로 다른 온도 계수를 가집니다. 제너 붕괴 전압은 일반적으로 아발란체 붕괴 전압보다 낮습니다. 이는 제너 붕괴가 고농도 도핑된 PN 접합에서 발생하고, 아발란체 붕괴가 저농도 도핑된 PN 접합에서 발생하기 때문입니다. 전자는 낮은 적용 전압으로 충분한 전기장 강도를 달성할 수 있으며, 후자는 충돌 이온화 효과를 형성하기 위해서는 높은 전압이 필요합니다.
