ทำไมแรงดันที่ทำให้เกิดการฟุ้งซ่านแบบ Zener น้อยกว่าแรงดันที่ทำให้เกิดการฟุ้งซ่านแบบลูกเห็บ
แรงดันแตกของ Zener และแรงดันแตกของ avalanche เป็นกลไกการแตกต่างๆ ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะไดโอด แรงดันแตกที่เกิดจากกลไกสองนี้แตกต่างกัน เนื่องจากกลไกทางกายภาพและเงื่อนไขการเกิดที่ต่างกัน
การแตกของ Zener
การแตกของ Zener เกิดขึ้นในจุดเชื่อมต่อ PN ที่ถูกย้อนขั้ว เมื่อแรงดันย้อนขั้วที่ใช้สูงเพียงพอ ความเข้มของสนามไฟฟ้าในจุดเชื่อมต่อ PN จะเพียงพอให้อิเล็กตรอนในวงจรวาเลนซ์ได้รับพลังงานเพียงพอในการเปลี่ยนสถานะไปยังวงจรนำ ทำให้เกิดคู่อิเล็กตรอน-หลุม กระบวนการนี้เกิดขึ้นในชั้นบางของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะในจุดเชื่อมต่อ PN ที่มีความเข้มข้นของสารเจือปนสูง
คุณสมบัติ
เงื่อนไขการเกิด: ในจุดเชื่อมต่อ PN ที่มีความเข้มข้นของสารเจือปนสูง ความเข้มของสนามไฟฟ้าจะแรง ทำให้ง่ายต่อการเกิดการเปลี่ยนสถานะของอิเล็กตรอน
แรงดันแตก: มักเกิดขึ้นที่ระดับแรงดันต่ำ ประมาณ 2.5V ถึง 5.6V
สัมประสิทธิ์อุณหภูมิ: สัมประสิทธิ์ลบ หมายความว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แรงดันแตกจะลดลง
การแตกของ avalanche
การแตกของ avalanche ก็เกิดขึ้นในจุดเชื่อมต่อ PN ที่ถูกย้อนขั้วเช่นกัน แต่เป็นกระบวนการไอออนิเซชันจากการชน เมื่อแรงดันย้อนขั้วที่ใช้ถึงค่าหนึ่ง สนามไฟฟ้าที่แรงจะเร่งอิเล็กตรอนเสรีให้มีพลังงานจลน์เพียงพอที่จะชนกับอะตอมในโครงสร้างผลิตคู่อิเล็กตรอน-หลุมใหม่ คู่อิเล็กตรอน-หลุมเหล่านี้จะทำการชนต่อเนื่องกัน ทำให้เกิดปฏิกิริยาโซ่จนนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของกระแสไฟฟ้า
คุณสมบัติ
เงื่อนไขการเกิด: ในจุดเชื่อมต่อ PN ที่มีความเข้มข้นของสารเจือปนต่ำ ความเข้มของสนามไฟฟ้าจะอ่อน จำเป็นต้องใช้แรงดันสูงกว่าเพื่อกระตุ้นผลกระทบของ avalanche
แรงดันแตก: มักเกิดขึ้นที่ระดับแรงดันสูง ประมาณ 5V หรือมากกว่า ขึ้นอยู่กับวัสดุและความเข้มข้นของสารเจือปน
สัมประสิทธิ์อุณหภูมิ: สัมประสิทธิ์บวก หมายความว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แรงดันแตกจะเพิ่มขึ้น
เหตุผลหลักที่แรงดันแตกของ Zener น้อยกว่าแรงดันแตกของ avalanche มีดังนี้:
ความเข้มข้นของสารเจือปน: การแตกของ Zener มักเกิดขึ้นในจุดเชื่อมต่อ PN ที่มีความเข้มข้นของสารเจือปนสูง ในขณะที่การแตกของ avalanche เกิดขึ้นในจุดเชื่อมต่อ PN ที่มีความเข้มข้นของสารเจือปนต่ำ ความเข้มข้นของสารเจือปนสูงหมายความว่าสามารถได้รับความเข้มของสนามไฟฟ้าเพียงพอที่แรงดันที่ใช้ต่ำ เพื่อให้อิเล็กตรอนในวงจรวาเลนซ์ได้รับพลังงานเพียงพอในการเปลี่ยนสถานะไปยังวงจรนำ ตรงกันข้าม จุดเชื่อมต่อ PN ที่มีความเข้มข้นของสารเจือปนต่ำจำเป็นต้องใช้แรงดันที่ใช้สูงกว่าเพื่อให้ได้ความเข้มของสนามไฟฟ้าเดียวกัน
ความเข้มของสนามไฟฟ้า: การแตกของ Zener อาศัยการเปลี่ยนสถานะของอิเล็กตรอนที่เกิดจากสนามไฟฟ้าท้องถิ่นที่แรง ในขณะที่การแตกของ avalanche อาศัยความเข้มของสนามไฟฟ้าที่กระจายอย่างสม่ำเสมอตลอดพื้นที่จุดเชื่อมต่อ PN ดังนั้น การแตกของ avalanche จำเป็นต้องใช้แรงดันสูงกว่าเพื่อสร้างผลของการชนแบบ ionization ที่เพียงพอ
คุณสมบัติของวัสดุ: การแตกของ Zener เกิดขึ้นในวัสดุบางประเภท (เช่น ซิลิคอน) และเกี่ยวข้องกับช่องว่างพลังงานของวัสดุ การแตกของ avalanche ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุ เช่น ความกว้างช่องว่างพลังงานและความคล่องตัวของพาหะประจุ
สรุป
การแตกของ Zener และการแตกของ avalanche เป็นกลไกการแตกต่างๆ ที่เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขที่ต่างกันและมีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่ต่างกัน แรงดันแตกของ Zener น้อยกว่าแรงดันแตกของ avalanche เนื่องจากการแตกของ Zener เกิดขึ้นในจุดเชื่อมต่อ PN ที่มีความเข้มข้นของสารเจือปนสูง ในขณะที่การแตกของ avalanche เกิดขึ้นในจุดเชื่อมต่อ PN ที่มีความเข้มข้นของสารเจือปนต่ำ กลไกแรกต้องการแรงดันที่ใช้ต่ำเพื่อให้ได้ความเข้มของสนามไฟฟ้าเพียงพอ ในขณะที่กลไกหลังต้องการแรงดันสูงเพื่อสร้างผลของการชนแบบ ionization
