Zašto je Zenerov napon proloma manji od naponskog proloma usled lavinske ionizacije

Zenerova i lavinska raspadna napona su dve različite mehanizme raspadnog napona u poluprovodničkim uređajima, posebno diodama. Naponi raspadnog napona koji se javljaju zbog ovih dveju mehanizama su različiti, uglavnom zbog njihovih različitih fizičkih mehanizama i uslova pojavljivanja.

Zenerova raspad

Zenerova raspad se dešava u obrnuto polarizovanom PN prelazu, i kada primenjeni obrnuti napon bude dovoljno visok, jakost električnog polja u PN prelazu je dovoljna da elektroni u valentnom zonu dobiju dovoljnu energiju da pređu u provodnu zonu kako bi formirali par elektron-luka. Ovaj proces se uglavnom dešava u tankim slojevima poluprovodničkih materijala, posebno u PN prelazima sa visokim stepenom dopiranja.

Karakteristike

• Uslov pojavljivanja: U PN prelazu sa visokim stepenom dopiranja, jakost električnog polja je jaka, što lako dovodi do prelaza elektrona.

• Napon raspadnog napona: Obično se dešava na nižim nivoima napona, između oko 2,5V i 5,6V.

• Koeficijent temperature: Negativan koeficijent temperature, što znači da s porastom temperature napon raspadnog napona će opasti.

Lavinska raspad

Lavinska raspad takođe se dešava u obrnuto polarizovanom PN prelazu, ali to je proces kolizionog jonizacije. Kada primenjeni obrnuti napon dostigne određenu vrednost, jako električno polje ubrzava slobodne elektrone do dovoljno visoke kinetičke energije da udari u atome u mreži, stvarajući nove pare elektron-luka. Ovi novi parovi elektron-luka nastavljaju da se sudaraju, formirajući lančanu reakciju koja konačno dovodi do oštrog porasta struje.

Karakteristike

• Uslov pojavljivanja: U PN prelazu sa niskim stepenom dopiranja, jakost električnog polja je slaba, i potrebno je više napona da se pokrene lavinski efekat.

• Napon raspadnog napona: Obično se dešava na visokim nivoima napona, oko 5V ili više, u zavisnosti od materijala i stepena dopiranja.

• Koeficijent temperature: Pozitivan koeficijent temperature, što znači da s porastom temperature napon raspadnog napona će rasti.

Glavni razlozi zašto je Zenerov napon raspadnog napona manji od lavinskog napona su sledeći:

• Stepen dopiranja: Zenerova raspad obično se dešava u PN prelazima sa visokim stepenom dopiranja, dok lavinska raspad se dešava u PN prelazima sa niskim stepenom dopiranja. Visok stepen dopiranja znači da se dovoljna jakost električnog polja može postići na niskom primenjenom naponu, tako da elektroni u valentnom zonu dobiju dovoljnu energiju da pređu u provodnu zonu. Suprotno tome, PN prelazi sa niskim stepenom dopiranja zahtevaju više primenjenog napona da bi dostigli istu jakost električnog polja.

• Jakost električnog polja: Zenerova raspad se uglavnom oslanja na prelaze elektrona uzrokovane lokalnim jakim električnim poljima, dok lavinska raspad zavisi od jakosti električnog polja ravnomerno raspodeljene kroz ceo region PN prelaza. Stoga lavinska raspad zahteva više napona da stvori dovoljan efekat udaračke jonizacije.

• Svojstva materijala: Zenerova raspad se uglavnom dešava u nekim specifičnim materijalima (kao što je silicij) i vezana je za energetske pruge materijala. Lavinska raspad zavisi više od fizičkih svojstava materijala, kao što su širina band gapa i mobilnost nosilaca.

Sažetak

Zenerova i lavinska raspad su dve različite mehanizme raspadnog napona koje se dešavaju pod različitim uslovima i imaju različite koeficijente temperature. Zenerov napon raspadnog napona obično je niži od lavinskog napona, jer se Zenerova raspad dešava u PN prelazu sa visokim stepenom dopiranja, dok se lavinska raspad dešava u PN prelazu sa niskim stepenom dopiranja, gde je potreban niski primenjeni napon da se dostigne dovoljna jakost električnog polja, dok je potreban visoki napon da se formira efekat udaračke jonizacije.