Bakit mas mababa ang tensyon ng Zener breakdown kaysa sa tensyon ng avalanche breakdown

Ang tensyon ng Zener breakdown at ang tensyon ng avalanche breakdown ay dalawang iba't ibang mekanismo ng pagguho sa mga semiconductor device, lalo na sa mga diode. Ang tensyon ng pagguho na dulot ng dalawang mekanismong ito ay naiiba, pangunahin dahil sa kanilang iba't ibang pisikal na mekanismo at kondisyon ng pagyayari.

Zener breakdown

Nagaganap ang Zener breakdown sa isang reverse-biased PN junction, at kapag sapat na mataas ang inilapat na reverse voltage, ang lakas ng elektrikong field sa PN junction ay sapat para makuha ng mga elektron sa valence band ang sapat na enerhiya upang lumipat sa conduction band upang makabuo ng electron-hole pair. Ang prosesong ito ay pangunahing nangyayari sa malamig na layer ng semiconductor materials, lalo na sa mga PN junction na may mataas na concentration ng doping.

Katangian

• Kondisyon ng pagyayari: Sa PN junction na may mataas na concentration ng doping, ang lakas ng elektrikong field ay malakas, kaya madaling magdulot ng electronic transition.

• Tensyon ng pagguho: Karaniwang nangyayari sa mas mababang lebel ng tensyon, sa pagitan ng humigit-kumulang 2.5V at 5.6V.

• Temperature coefficient: Negatibong temperature coefficient, na nangangahulugan na habang tumaas ang temperatura, ang tensyon ng pagguho ay bababa.

Avalanche breakdown

Nagaganap din ang avalanche breakdown sa reverse-biased PN junctions, ngunit ito ay isang collisional ionization process. Kapag sapat na mataas ang inilapat na reverse voltage, ang malakas na elektrikong field ay nagpapabilis sa mga libreng elektron hanggang sa makamit ang sapat na kinetic energy upang makapagsalubob sa mga atom sa lattice, na nagpapabuo ng bagong electron-hole pairs. Ang mga bagong nabuong electron-hole pairs na ito ay patuloy na sumasalubob, na nagpapabuo ng chain reaction na sa huli ay nagdudulot ng malaking pagtaas ng current.

Katangian

• Kondisyon ng pagyayari: Sa PN junction na may mababang concentration ng doping, ang lakas ng elektrikong field ay mahina, at kinakailangan ng mas mataas na tensyon upang mapasimulan ang avalanche effect.

• Tensyon ng pagguho: Karaniwang nangyayari sa mataas na lebel ng tensyon, humigit-kumulang 5V o higit pa, depende sa materyales at concentration ng doping.

• Temperature coefficient: Positibong temperature coefficient, na nangangahulugan na habang tumaas ang temperatura, ang tensyon ng pagguho ay tataas.

Ang pangunahing dahilan kung bakit mas mababa ang tensyon ng Zener breakdown kaysa sa tensyon ng avalanche breakdown ay kasunod:

• Concentration ng doping: Karaniwang nangyayari ang Zener breakdown sa PN junctions na may mataas na concentration ng doping, samantalang ang avalanche breakdown ay nangyayari sa PN junctions na may mababang concentration ng doping. Ang mataas na concentration ng doping nangangahulugan na sapat na lakas ng elektrikong field maaaring makamit sa mababang inilapat na tensyon, kaya ang mga elektron sa valence band ay makakakuha ng sapat na enerhiya upang lumipat sa conduction band. Sa kabilang banda, ang PN junctions na may mababang concentration ng doping ay nangangailangan ng mas mataas na inilapat na tensyon upang makamit ang parehong lakas ng elektrikong field.

• Lakas ng elektrikong field: Ang Zener breakdown ay umaasa sa elektron transitions na dulot ng lokal na malakas na elektrikong field, samantalang ang avalanche breakdown ay umaasa sa lakas ng elektrikong field na pinaghiwalay nang pantay-pantay sa buong rehiyon ng PN junction. Kaya, ang avalanche breakdown ay nangangailangan ng mas mataas na tensyon upang makabuo ng sapat na impact ionization effect.

• Katangian ng materyales: Ang Zener breakdown ay pangunahing nangyayari sa ilang tiyak na materyales (tulad ng silicon) at may kaugnayan sa energy gap ng materyales. Ang avalanche breakdown ay mas nakakasalamin sa pisikal na katangian ng materyales, tulad ng lapad ng band gap at carrier mobility.

Buuin

Ang Zener breakdown at avalanche breakdown ay dalawang iba't ibang mekanismo ng pagguho na nangyayari sa iba't ibang kondisyon at may iba't ibang temperature coefficients. Ang tensyon ng Zener breakdown ay karaniwang mas mababa kaysa sa tensyon ng avalanche breakdown, dahil ang Zener breakdown ay nangyayari sa PN junction na may mataas na concentration ng doping, samantalang ang avalanche breakdown ay nangyayari sa PN junction na may mababang concentration ng doping, ang unang bahagi ay nangangailangan ng mababang inilapat na tensyon upang makamit ang sapat na lakas ng elektrikong field, ang ikalawang bahagi naman ay nangangailangan ng mataas na tensyon upang makabuo ng impact ionization effect.