Чому напруга розряду Зенера менша за напругу розряду лавинного зрушення

Напруга розриву Зенера та напруга розриву захопленням є двома різними механізмами розриву в напівпровідникових приладах, особливо в діодах. Напруга розриву, спричинена цими двома механізмами, відрізняється, головним чином через їх різні фізичні механізми та умови виникнення.

Розрив Зенера

Розрив Зенера відбувається в зворотньо поляризованому PN-перехресті, і коли прикладена зворотна напруга достатньо велика, сила електричного поля в PN-перехресті достатня, щоб електрони в валентному банді отримали достатню енергію для переходу до провідного банду, формуючи пару електрон-дыра. Цей процес в основному відбувається в тонких шарах напівпровідникового матеріалу, особливо в PN-перехрестях з високою концентрацією допанту.

Особливості

• Умова виникнення: В PN-перехресті з високою концентрацією допанту, сила електричного поля сильна, що легко призводить до електронного переходу.

• Напруга розриву: Зазвичай відбувається на нижчому рівні напруги, між приблизно 2,5В та 5,6В.

• Коефіцієнт температури: Негативний коефіцієнт температури, що означає, що при збільшенні температури, напруга розриву зменшиться.

Розрив захопленням

Розрив захопленням також відбувається в зворотньо поляризованому PN-перехресті, але це процес стравлення іонізації. Коли прикладена зворотна напруга досягає певного значення, сильне електричне поле прискорює вільні електрони до достатньо високої кінетичної енергії, щоб сталкуватися з атомами решітки, створюючи нові пари електрон-дыра. Ці новостворені пари електрон-дыра продовжують сталкуватися, формуючи ланцюгову реакцію, яка врешті-решт призводить до гострого збільшення струму.

Особливості

• Умова виникнення: В PN-перехресті з низькою концентрацією допанту, сила електричного поля слабка, і для запуску ефекту захоплення потрібна вища напруга.

• Напруга розриву: Зазвичай відбувається на високому рівні напруги, приблизно 5В або більше, залежно від матеріалу та концентрації допанту.

• Коефіцієнт температури: Позитивний коефіцієнт температури, що означає, що при збільшенні температури, напруга розриву збільшиться.

Основні причини, чому напруга розриву Зенера менша, ніж напруга розриву захопленням, наступні:

• Концентрація допанту: Розрив Зенера зазвичай відбувається в PN-перехрестях з високою концентрацією допанту, тоді як розрив захопленням відбувається в PN-перехрестях з низькою концентрацією допанту. Висока концентрація допанту означає, що достатня сила електричного поля може бути досягнута при низькій прикладеній напрузі, щоб електрони в валентному банді отримали достатню енергію для переходу до провідного банду. Навпаки, PN-перехресть з низькою концентрацією допанту потребує більш високих прикладених напруг для досягнення такої ж сили електричного поля.

• Сила електричного поля: Розрив Зенера залежить в основному від електронних переходів, спричинених локальними сильними електричними полями, тоді як розрив захопленням залежить від сили електричного поля, розподіленої по всьому регіону PN-перехрестя. Тому, розрив захопленням потребує вищої напруги для створення достатнього ефекту ударної іонізації.

• Властивості матеріалу: Розрив Зенера в основному відбувається в деяких специфічних матеріалах (наприклад, в кремнії) і пов'язаний з енергетичним розривом матеріалу. Розрив захопленням більше залежить від фізичних властивостей матеріалу, таких як ширина забороненої зони та мобільність носіїв заряду.

Підсумок

Розрив Зенера та розрив захопленням — це два різні механізми розриву, які відбуваються за різних умов та мають різні коефіцієнти температури. Напруга розриву Зенера зазвичай нижча, ніж напруга розриву захопленням, це тому, що розрив Зенера відбувається в PN-перехрестях з високою концентрацією допанту, тоді як розрив захопленням відбувається в PN-перехрестях з низькою концентрацією допанту, перший потребує низької прикладеної напруги для досягнення достатньої сили електричного поля, другий потребує високої напруги для формування ефекту ударної іонізації.