Mengapa voltan pemecahan Zener kurang daripada voltan pemecahan avalanche

Tegangan pecah Zener dan tegangan pecah avalanche adalah dua mekanisme pecah yang berbeza dalam peranti semikonduktor, terutamanya diod. Tegangan pecah yang disebabkan oleh kedua-dua mekanisme ini berbeza, terutamanya kerana mekanisme fizikal dan keadaan berlaku yang berbeza.

Pecah Zener

Pecah Zener berlaku pada sambungan PN yang dikenakan biasan songsang, dan apabila voltan songsang yang dikenakan cukup tinggi, kekuatan medan elektrik dalam sambungan PN itu cukup untuk memberi tenaga kepada elektron dalam band valen untuk berpindah ke band konduksi untuk membentuk pasangan elektron-lubang. Proses ini terutamanya berlaku dalam lapisan nipis bahan semikonduktor, terutamanya dalam sambungan PN dengan konsentrasi pendopingan yang tinggi.

Ciri-ciri

• Keadaan berlaku: Dalam sambungan PN dengan konsentrasi pendopingan yang tinggi, kekuatan medan elektrik kuat, yang mudah menyebabkan transisi elektron.

• Tegangan pecah: Biasanya berlaku pada tahap voltan yang lebih rendah, antara kira-kira 2.5V hingga 5.6V.

• Pekali suhu: Pekali suhu negatif, bermaksud apabila suhu meningkat, tegangan pecah akan berkurang.

Pecah avalanche

Pecah avalanche juga berlaku pada sambungan PN yang dikenakan biasan songsang, tetapi ia adalah proses ionisasi pertembungan. Apabila voltan songsang yang dikenakan mencapai nilai tertentu, medan elektrik yang kuat menggerakkan elektron bebas dengan tenaga kinetik yang cukup tinggi untuk bertembung dengan atom dalam rangka, mewujudkan pasangan elektron-lubang baru. Pasangan elektron-lubang baru ini terus bertembung, membentuk reaksi berantai yang akhirnya menyebabkan peningkatan tajam arus.

Ciri-ciri

• Keadaan berlaku: Dalam sambungan PN dengan konsentrasi pendopingan yang rendah, kekuatan medan elektrik lemah, dan voltan yang lebih tinggi diperlukan untuk memicu kesan avalanche.

• Tegangan pecah: Biasanya berlaku pada tahap voltan yang tinggi, kira-kira 5V atau lebih, bergantung pada bahan dan konsentrasi pendopingan.

• Pekali suhu: Pekali suhu positif, bermaksud apabila suhu meningkat, tegangan pecah akan meningkat.

Sebab utama mengapa tegangan pecah Zener kurang daripada tegangan pecah avalanche adalah seperti berikut:

• Konsentrasi pendopingan: Pecah Zener biasanya berlaku pada sambungan PN dengan konsentrasi pendopingan yang tinggi, manakala pecah avalanche berlaku pada sambungan PN dengan konsentrasi pendopingan yang rendah. Konsentrasi pendopingan yang tinggi bermaksud kekuatan medan elektrik yang cukup boleh dicapai pada voltan yang rendah, supaya elektron dalam band valen mendapat tenaga yang cukup untuk berpindah ke band konduksi. Sebaliknya, sambungan PN dengan konsentrasi pendopingan yang rendah memerlukan voltan yang lebih tinggi untuk mencapai kekuatan medan elektrik yang sama.

• Kekuatan medan elektrik: Pecah Zener bergantung kepada transisi elektron yang disebabkan oleh medan elektrik tempatan yang kuat, manakala pecah avalanche bergantung kepada kekuatan medan elektrik yang tersebar seragam di seluruh kawasan sambungan PN. Oleh itu, pecah avalanche memerlukan voltan yang lebih tinggi untuk mencipta kesan ionisasi impak yang cukup.

• Sifat bahan: Pecah Zener terutamanya berlaku pada beberapa bahan tertentu (seperti silikon) dan berkaitan dengan jurang tenaga bahan tersebut. Pecah avalanche lebih bergantung pada sifat fizikal bahan, seperti lebar jurang band dan mobiliti pengangkutan.

Kesimpulan

Pecah Zener dan pecah avalanche adalah dua mekanisme pecah yang berbeza yang berlaku di bawah keadaan yang berbeza dan mempunyai pekali suhu yang berbeza. Tegangan pecah Zener biasanya lebih rendah daripada tegangan pecah avalanche, ini kerana pecah Zener berlaku pada sambungan PN dengan konsentrasi pendopingan yang tinggi, manakala pecah avalanche berlaku pada sambungan PN dengan konsentrasi pendopingan yang rendah, yang pertama memerlukan voltan yang rendah untuk mencapai kekuatan medan elektrik yang cukup, yang kedua memerlukan voltan yang tinggi untuk membentuk kesan ionisasi impak.