Por que a tensão de ruptura Zener é menor que a tensão de ruptura por avalanche?
A tensão de ruptura Zener e a tensão de ruptura por avalanche são dois mecanismos diferentes de quebra em dispositivos semicondutores, especialmente diodos. A tensão de ruptura causada por esses dois mecanismos é diferente, principalmente devido às suas diferentes mecânicas físicas e condições de ocorrência.
Ruptura Zener
A ruptura Zener ocorre em uma junção PN polarizada inversamente, e quando a tensão reversa aplicada é suficientemente alta, a intensidade do campo elétrico na junção PN é suficiente para fazer com que os elétrons na banda de valência ganhem energia suficiente para transitar para a banda de condução, formando um par elétron-buraco. Este processo ocorre principalmente em camadas finas de materiais semicondutores, especialmente em junções PN com altas concentrações de dopagem.
Características
Condição de ocorrência: Em junções PN com alta concentração de dopagem, a intensidade do campo elétrico é forte, o que facilita a transição eletrônica.
Tensão de ruptura: Geralmente ocorre em níveis de tensão mais baixos, entre aproximadamente 2,5V e 5,6V.
Coeficiente de temperatura: Coeficiente de temperatura negativo, significando que, à medida que a temperatura aumenta, a tensão de ruptura diminui.
Ruptura por avalanche
A ruptura por avalanche também ocorre em junções PN polarizadas inversamente, mas é um processo de ionização por colisão. Quando a tensão reversa aplicada atinge um determinado valor, o campo elétrico forte acelera os elétrons livres até uma energia cinética suficiente para colidir com os átomos na rede, criando novos pares elétron-buraco. Esses pares elétron-buraco recém-criados continuam a colidir, formando uma reação em cadeia que, eventualmente, leva a um aumento acentuado na corrente.
Características
Condição de ocorrência: Em junções PN com baixa concentração de dopagem, a intensidade do campo elétrico é fraca, e é necessária uma tensão mais alta para desencadear o efeito de avalanche.
Tensão de ruptura: Geralmente ocorre em um nível de tensão elevado, cerca de 5V ou mais, dependendo do material e da concentração de dopagem.
Coeficiente de temperatura: Coeficiente de temperatura positivo, significando que, à medida que a temperatura aumenta, a tensão de ruptura aumenta.
As principais razões pelas quais a tensão de ruptura Zener é menor que a tensão de ruptura por avalanche são as seguintes:
Concentração de dopagem: A ruptura Zener geralmente ocorre em junções PN com altas concentrações de dopagem, enquanto a ruptura por avalanche ocorre em junções PN com baixas concentrações de dopagem. A alta concentração de dopagem significa que uma intensidade de campo elétrico suficiente pode ser alcançada com uma tensão aplicada baixa, de modo que os elétrons na banda de valência ganhem energia suficiente para transitar para a banda de condução. Por outro lado, junções PN com baixas concentrações de dopagem requerem tensões aplicadas mais altas para alcançar a mesma intensidade de campo elétrico.
Intensidade do campo elétrico: A ruptura Zener depende principalmente das transições eletrônicas causadas por campos elétricos locais fortes, enquanto a ruptura por avalanche depende de intensidades de campo elétrico distribuídas uniformemente em toda a região da junção PN. Portanto, a ruptura por avalanche requer uma tensão mais alta para criar um efeito de ionização por impacto suficiente.
Propriedades do material: A ruptura Zener ocorre principalmente em alguns materiais específicos (como silício) e está relacionada à lacuna de energia do material. A ruptura por avalanche depende mais das propriedades físicas do material, como a largura da lacuna de banda e a mobilidade dos portadores de carga.
Resumo
A ruptura Zener e a ruptura por avalanche são dois mecanismos de quebra diferentes que ocorrem sob condições diferentes e têm coeficientes de temperatura diferentes. A tensão de ruptura Zener é geralmente menor que a tensão de ruptura por avalanche, isso porque a ruptura Zener ocorre em junções PN com alta concentração de dopagem, enquanto a ruptura por avalanche ocorre em junções PN com baixa concentração de dopagem. O primeiro requer uma tensão aplicada baixa para atingir uma intensidade de campo elétrico suficiente, enquanto o segundo requer uma tensão mais alta para formar o efeito de ionização por impacto.
