설전이 다이오드

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Avalanche Diode 정의

Avalanche 다이오드는 특정 역방향 바이어스 전압에서 avalanche 붕괴를 경험하도록 설계된 반도체 다이오드 유형입니다. Avalanche 다이오드의 pn 접합은 전류 집중과 그로 인한 핫스팟을 방지하여 다이오드가 avalanche 붕괴로 손상되지 않도록 설계되었습니다.

발생하는 avalanche 붕괴는 소수 전하 운반체가 결정 격자에서 이온화를 일으키기에 충분히 가속되어 더 많은 전하 운반체를 생성하고, 이는 다시 더 많은 이온화를 일으킵니다. Avalanche 붕괴가 전체 접합에서 균일하게 발생하기 때문에, avalanche 다이오드와 비교하여 비-avalanche 다이오드에서는 전류 변화에 따른 붕괴 전압이 거의 일정합니다.

Avalanche 다이오드의 구조는 Zener 다이오드와 유사하며, 실제로 이러한 다이오드에서는 Zener 붕괴와 Avalanche 붕괴가 모두 존재합니다. Avalanche 다이오드는 avalanche 붕괴 조건에 최적화되어 있어, 붕괴 조건 하에서 작은 그러나 중요한 전압 강하를 나타내며, 항상 붕괴 전압보다 높은 전압을 유지하는 Zener 다이오드와는 다릅니다.

이 특성은 단순한 Zener 다이오드보다 더 나은 서지 보호를 제공하며, 기체 방전관 대체품처럼 작동합니다. Avalanche 다이오드는 작은 양의 온도 계수를 가지며, Zener 효과에 의존하는 다이오드는 음의 온도 계수를 가집니다.

일반적인 다이오드는 한 방향 즉, 순방향으로 전류를 허용합니다. 반면에, avalanche 다이오드는 순방향과 역방향 모두에서 전류를 허용하지만, 특히 역방향 상태에서 작동하도록 특별히 설계되었습니다.

작동 원리

Avalanche 다이오드는 가속된 전하 운반체가 다른 원자들을 이온화할 만큼 충분한 에너지를 얻게 되어, 체인 반응을 일으켜 전류 흐름을 크게 증가시키는 avalanche 붕괴 원리로 작동합니다.

역방향 배치

역방향에서는 다이오드의 N-영역(캐소드)이 배터리의 양극에 연결되고, P-영역(아노드)이 음극에 연결됩니다.

다이오드가 약간 도핑되었을 때(즉, 불순물 농도가 낮을 때), 소진 영역의 폭이 증가하여 매우 높은 전압에서 붕괴 전압이 발생합니다.

매우 높은 역방향 전압에서, 소진 영역의 전기장이 강해져서 소수 전하 운반체의 가속이 매우 커지면, 이들이 소진 영역의 반도체 원자들과 충돌하여 공유 결합을 끊습니다.

이 과정은 전기장에 의해 가속되는 전자-홀 쌍을 생성하여 더 많은 충돌을 일으키고, 전하 운반체의 수를 더욱 증가시키는 현상이며, 이를 carrier multiplication이라고 합니다.

이 지속적인 과정은 다이오드의 역방향 전류를 증가시켜, 다이오드가 붕괴 상태에 들어갑니다. 이 종류의 붕괴는 avalanche(홍수) 붕괴라고 불리며, 이 효과는 avalanche 효과라고 알려져 있습니다.

응용