什么是“齐纳击穿”和“雪崩击穿”?

电子电容全能解 2024-07-04 21:14:13

雪崩击穿是指:材料掺杂浓度较低的PN结中,当PN结反向电压增加时,空间电荷区中的电场随着增强,这样通过空间电荷区的电子,就会在电场作用下,使获得的能量增大;由于在晶体中运行的电子将不断的与晶体原子发生碰撞,通过这样的碰撞方式使得束缚在共价键中的价电子被碰撞出来,从而产生产生自由电子和空穴。

同时新产生的自由电子在电场作用下撞出其它的价电子,又产生新的、更多的自由电子和空穴。

如此连锁反应,使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加,流过PN结的电流急剧增大并击穿PN结,这种碰撞电离导致雪崩击穿。

齐纳击穿是指:当PN结的掺杂浓度很高时,阻挡层就十分薄;这种阻挡层特别薄的PN结,只要加上不大的反向电压,阻挡层内部的电场强度就可达到非常高的数值。这种很强的电场强度可以将阻挡层内中性原子的价电子直接从共价键中拉出来,变为自由电子,同时产生空穴,这个过程称为场致激发。

由场致激发而产生大量的载流子,使PN结的反向电流剧增,呈现反向击穿现象是齐纳击穿。

通过如上对“雪崩击穿”和“齐纳击穿”的描述,似乎知道了它的工作原理,却又觉得好像啥都不知道。那我们需要做的,首先要找到自己不理解的那些点。

当我们在看这两个概念描述过程中,深入想一想哪里还不明白,比如:“掺杂浓度”为什么跟击穿的类型有关?为什么“PN结的掺杂浓度很高时,阻挡层就十分薄”?“阻挡层”又是啥玩意?等等。然后虽然发现自己对“齐纳击穿”和“雪崩击穿”更陌生了,但我们可以通过解决这些问题来更深入地理解“齐纳击穿”和“雪崩击穿”。

其实在我们学习了“费米能力”理论之后,通过“费米能力”理论就可以更好的来解释“齐纳击穿”和“雪崩击穿”。

1, 齐纳击穿:重掺杂的PN结由于隧穿机制而发生齐纳击穿。

在重掺杂PN结内,反偏条件下PN结两侧的导带和价带离得非常近,以至于电子可以由P区的价带直接隧穿到N区的导带。如下图所示。

所以,我们平时使用的稳压二极管掺杂浓度很高,其空间电荷区宽度很小,施加在空间电荷区的电场强度很大,很容易发生隧穿效应。

另外,半导体与金属接触的欧姆电阻,其中的一种方式就是隧穿。

2, 雪崩击穿:由于电场作用,当电子穿越空间电荷区时能量会增加,当增加到一定程度并与耗尽区原子内的电子发生碰撞时,便会产生新的自由电子-空穴对,新的自由电子又会撞击其它原子内的电子,于是发生了雪崩效应。

由于雪崩效应,电子电流会随着距离的增加而增大。如下图所示。

所以,浪涌/静电防护器件-TVS管的掺杂浓度要低,空间电荷区宽度要大,如此才能出发雪崩击穿,并产生超大电流。

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