Zakaj je Zenerjev razpadni napetost manjša od lavinske razpadne napetosti?

Napetost Zenerovega razpada in napetost lavinskega razpada sta dva različna mehanizma razpada v polprevodniških napravah, zlasti diodah. Napetost, ki jo povzročita ta dva mehanizma, je različna, predvsem zaradi različnih fizikalnih mehanizmov in pogojev, pri katerih se pojavita.

Zenerov razpad

Zenerov razpad se zgodi v obrnjenem PN preklopniškem stiku, in ko je obratna napetost dovolj visoka, je moč električnega polja v PN preklopniškem stiku dovolj velika, da elektroni v valentnem pasu dobijo dovolj energije za prehod v vodilni pas in oblikovanje elektron-dirlanskih parov. Ta proces se glavno zgodi v tankih plasteh polprevodniških materialov, zlasti v PN preklopniških stikih z visoko koncentracijo dopiranja.

Značilnosti

• Pogoji pojavljanja: V PN preklopniškem stiku s visoko koncentracijo dopiranja je moč električnega polja močna, kar omogoča lažji prehod elektronov.

• Razpadna napetost: Običajno se pojavi pri nižjih ravneh napetosti, med približno 2,5 V in 5,6 V.

• Temperaturni koeficient: Negativni temperaturni koeficient, kar pomeni, da se razpadna napetost zmanjša s povečanjem temperature.

Lavinski razpad

Lavinski razpad se tudi zgodi v obrnjenem PN preklopniškem stiku, vendar gre za proces kolizionne ionizacije. Ko doseže obratna napetost določeno vrednost, močno električno polje pospeši proste elektrone do dovolj visoke kinetične energije, da se srečajo z atomi v mreži in ustvarijo nove elektron-dirlanske pare. Ti novonastali elektron-dirlanski pari nadaljujejo s srečevanji, kar oblikuje verižno reakcijo, ki končno vodi do ostrih naraščanj strme toka.

Značilnosti

• Pogoji pojavljanja: V PN preklopniškem stiku z nizko koncentracijo dopiranja je moč električnega polja šibka, zato je potrebna višja napetost, da se sproži lavinski učinek.

• Razpadna napetost: Običajno se pojavi pri visokih ravneh napetosti, okoli 5 V ali več, odvisno od materiala in koncentracije dopiranja.

• Temperaturni koeficient: Pozitiven temperaturni koeficient, kar pomeni, da se razpadna napetost poveča s povečanjem temperature.

Glavni razlogi, zakaj je Zenerova razpadna napetost manjša od lavinske razpadne napetosti, so naslednji:

• Koncentracija dopiranja: Zenerov razpad se običajno zgodi v PN preklopniških stikih z visoko koncentracijo dopiranja, medtem ko se lavinski razpad zgodi v PN preklopniških stikih z nizko koncentracijo dopiranja. Visoka koncentracija dopiranja pomeni, da se lahko pri nizkih vrednostih uporabljene napetosti doseže dovolj močno električno polje, da elektroni v valentnem pasu dobijo dovolj energije za prehod v vodilni pas. Na drugi strani PN preklopniški stiki z nizko koncentracijo dopiranja zahtevajo višje uporabljene napetosti, da bi dosegli enako moč električnega polja.

• Moč električnega polja: Zenerov razpad se osredotoča na prehode elektronov, ki jih povzroči lokalno močno električno polje, medtem ko se lavinski razpad osredotoča na moč električnega polja, ki je porazdeljena enakomerno po celotnem območju PN preklopniškega stika. Zato zaustavljanje lavinskog učinka zahteva višjo napetost, da bi ustvarilo dovolj velik učinek udarnega ioniziranja.

• Lastnosti materiala: Zenerov razpad se glavno zgodi v nekaterih specifičnih materialih (na primer siliciju) in je povezan z energetskim pragom materiala. Lavinski razpad je bolj odvisen od fizikalnih lastnosti materiala, kot so širina pasov in mobilnost nosilcev naboja.

Sklep

Zenerov razpad in lavinski razpad sta dva različna mehanizma razpada, ki se pojavita pod različnimi pogoji in imata različne temperaturne koeficiente. Zenerova razpadna napetost je običajno nižja od lavinske razpadne napetosti, ker se Zenerov razpad zgodi v PN preklopniških stikih z visoko koncentracijo dopiranja, medtem ko se lavinski razpad zgodi v PN preklopniških stikih z nizko koncentracijo dopiranja. Prvi zahteva nizko uporabljeno napetost, da doseže dovolj močno električno polje, drugi pa zahteva višjo napetost, da oblikuje učinek udarnega ioniziranja.