Neden Zener bozulma gerilimiavalanş bozulma geriliminden daha düşük?

Zener kırılma gerilimi ve lavina kırılma gerilimi, özellikle diyotlarda iki farklı kırılma mekanizmasıdır. Bu iki mekanizma nedeniyle oluşan kırılma gerilimleri farklıdır, çünkü fiziksel mekanizmaları ve oluşma koşulları farklıdır.

Zener kırılması

Zener kırılması ters yönlü PN bağlantısında gerçekleşir ve uygulanan ters gerilim yeterince yüksek olduğunda, PN bağlantıdaki elektrik alan gücü, valans bandındaki elektronların iletken bandına geçmek için yeterli enerjiyi elde etmesine yetecek kadardır. Bu süreç, özellikle yüksek doygunluk konsantrasyonuna sahip PN bağlantılarında ince yarıiletken malzeme tabakalarında gerçekleşir.

Özellikler

• Oluşum koşulu: Yüksek doygunluk konsantrasyonuna sahip PN bağlantılarında, elektrik alan gücü güçlüdür, bu da elektron geçişini kolaylaştırır.

• Kırılma gerilimi: Genellikle yaklaşık 2.5V ile 5.6V arasında düşük gerilim seviyelerinde gerçekleşir.

• Sıcaklık katsayısı: Negatif sıcaklık katsayısı, yani sıcaklık arttıkça kırılma geriliminin azalacağını gösterir.

Lavina kırılması

Lavina kırılması da ters yönlü PN bağlantılarında gerçekleşir, ancak bir çarpışmalı ionlaşma sürecidir. Uygulanan ters gerilim belirli bir değere ulaştığında, güçlü elektrik alanı, serbest elektronları yeterince yüksek kinetik enerjiye hızlandırarak, kafes içindeki atomlarla çarpışmaya neden olur ve yeni elektron-kuyu çiftleri oluşturur. Bu yeni oluşturulan elektron-kuyu çiftleri, zincir reaksiyonunu başlatarak devam eder ve sonunda akımın keskin bir şekilde artmasına neden olur.

Özellikler

• Oluşum koşulu: Düşük doygunluk konsantrasyonuna sahip PN bağlantılarında, elektrik alan gücü zayıf olduğu için, lavina etkisini tetiklemek için daha yüksek bir gerilime ihtiyaç vardır.

• Kırılma gerilimi: Genellikle 5V veya daha yüksek bir gerilim seviyesinde gerçekleşir, malzeme ve doygunluk konsantrasyonuna bağlı olarak değişir.

• Sıcaklık katsayısı: Pozitif sıcaklık katsayısı, yani sıcaklık arttıkça kırılma geriliminin artacağını gösterir.

Zener kırılma geriliminin lavina kırılma geriliminden düşük olmasının ana nedenleri şunlardır:

• Doygunluk konsantrasyonu: Zener kırılması genellikle yüksek doygunluk konsantrasyonuna sahip PN bağlantılarında gerçekleşir, lavina kırılması ise düşük doygunluk konsantrasyonuna sahip PN bağlantılarında gerçekleşir. Yüksek doygunluk konsantrasyonu, düşük uygulanan gerilimde yeterli elektrik alan gücünün elde edilebilir olması anlamına gelir, böylece valans bandındaki elektronlar iletken bandına geçmek için yeterli enerjiyi elde eder. Buna karşılık, düşük doygunluk konsantrasyonuna sahip PN bağlantıları, aynı elektrik alan gücünü elde etmek için daha yüksek uygulanan gerilimlere ihtiyaç duyar.

• Elektrik alan gücü: Zener kırılması, yerel güçlü elektrik alanlar nedeniyle oluşan elektron geçişlerine dayanırken, lavina kırılması, tüm PN bağlantı bölgesi üzerinde eşit dağılmış elektrik alan güçlerine dayanır. Bu nedenle, lavina kırılması, yeterli etki ionlaşma etkisi oluşturmak için daha yüksek bir gerilime ihtiyaç duyar.

• Malzeme özellikleri: Zener kırılması, bazı özel malzemelerde (silisyum gibi) gerçekleşir ve malzemenin enerji aralığıyla ilgilidir. Lavina kırılması, malzemenin fiziksel özelliklerine, örneğin bant genişliği ve taşıyıcı hareketliliğine daha fazla bağlıdır.

Sonuç

Zener kırılması ve lavina kırılması, farklı koşullar altında gerçekleşen ve farklı sıcaklık katsayılarına sahip iki farklı kırılma mekanizmasıdır. Zener kırılma geriliminin lavina kırılma geriliminden düşük olması, Zener kırılmasının yüksek doygunluk konsantrasyonuna sahip PN bağlantılarında gerçekleşmesi, lavina kırılmasının ise düşük doygunluk konsantrasyonuna sahip PN bağlantılarında gerçekleşmesi nedeniyledir. İlk durumda, yeterli elektrik alan gücünü elde etmek için düşük bir uygulanan gerilime ihtiyaç vardır, ikinci durumda ise etki ionlaşma etkisini oluşturmak için yüksek bir gerilime ihtiyaç vardır.