アバランチダイオード

アバランチダイオードの定義

アバランチダイオードは、指定された逆バイアス電圧でアバランチブレークダウンを経験するように設計された半導体ダイオードの一種です。アバランチダイオードのpn接合部は、電流集中とそれに伴うホットスポットを防ぐように設計されており、アバランチブレークダウンによってダイオードが損傷することはありません。

発生するアバランチブレークダウンは、少数キャリアが十分に加速され、結晶格子内でイオン化を起こし、さらに多くのキャリアを生成することで引き起こされます。この結果、さらにイオン化が起こります。アバランチブレークダウンは接合部全体に均一に起こるため、非アバランチダイオードと比較して、電流が変化してもブレークダウン電圧はほぼ一定です。

アバランチダイオードの構造はゼナーダイオードと似ていますが、これらのダイオードではゼナーブレークダウンとアバランチブレークダウンが両方存在します。アバランチダイオードはアバランチブレークダウン条件に最適化されているため、ブレークダウン条件下での電圧降下は小さくても有意なものです。一方、ゼナーダイオードは常にブレークダウン電圧以上の電圧を維持します。

この特徴により、単純なゼナーダイオードよりも優れたサージ保護が可能となり、ガス放電管の代替品として機能します。アバランチダイオードには小さな正の温度係数があり、ゼナ効果に依存するダイオードは負の温度係数を持っています。

通常のダイオードは一方方向（順方向）での電流を許可します。一方、アバランチダイオードは順方向と逆方向の両方で電流を許可しますが、特に逆バイアス条件下で動作するように設計されています。

動作原理

アバランチダイオードは、加速されたチャージキャリアが他の原子をイオン化するのに十分なエネルギーを得ることで働くアバランチブレークダウンの原理に基づいて動作します。これにより連鎖反応が起こり、電流の流れが大幅に増加します。

逆バイアス構成

逆バイアスでは、ダイオードのN領域（カソード）が電池の正極に接続され、P領域（アノード）が負極に接続されます。

もしダイオードが軽くドープされている（つまり不純物濃度が低い）場合、デプション領域の幅が増大し、ブレークダウン電圧が非常に高い電圧で発生します。

非常に高い逆バイアス電圧で、デプション領域内の電場が強くなり、マイノリティキャリアの加速が非常に高くなる点に達します。その結果、デプション領域内の半導体原子との衝突により共価結合が壊れます。

この過程で電子-ホール対が生成され、電場によって加速され、さらなる衝突を引き起こし、チャージキャリアの数を増やします。これはキャリア乗算と呼ばれる現象です。

この連続的な過程により、ダイオードの逆電流が増加し、ダイオードはブレークダウン状態になります。この種のブレークダウンはアバランチ（洪水）ブレークダウンと呼ばれ、この効果はアバランチ効果と呼ばれます。

用途

• アバランチダイオードは、回路の保護に使用されます。逆バイアス電圧が特定の限界まで増加すると、ダイオードは特定の電圧でアバランチ効果を開始し、アバランチ効果によるダイオードのブレークダウンが起こります。

• 不要な電圧から回路を保護するために使用されます。

• サージプロテクターに使用され、サージ電圧から回路を保護します。