一文詳解雪崩擊穿與齊納擊穿

雪崩擊穿

材料摻雜濃度較低的PN結(jié)中，當(dāng)PN結(jié)反向電壓增加時，空間電荷區(qū)中的電場隨著增強(qiáng)。這樣通過空間電荷區(qū)的電子，就會在電場作用下，使獲得的能量增大。在晶體中運(yùn)行的電子將不斷的與晶體原子發(fā)生碰撞，通過這樣的碰撞可使束縛在共價鍵中的價電子碰撞出來，產(chǎn)生自由電子和空穴。新產(chǎn)生的自由電子在電場作用下撞出其他價電子，又產(chǎn)生新的自由電子和空穴。如此連鎖反應(yīng)，使得阻擋層中的載流子的數(shù)量雪崩式地增加，流過PN結(jié)的電流就急劇增大擊穿PN結(jié)，這種碰撞電離導(dǎo)致?lián)舸┓Q為雪崩擊穿，也稱為電子雪崩現(xiàn)象。

雪崩擊穿示意圖

齊納擊穿

當(dāng)PN結(jié)的摻雜濃度很高時，阻擋層就十分薄。這種阻擋層特別薄的PN結(jié)，只要加上不大的反向電壓，阻擋層內(nèi)部的電場強(qiáng)度就可達(dá)到非常高的數(shù)值。這種很強(qiáng)的電場強(qiáng)度可以把阻擋層內(nèi)中性原子的價電子直接從共價鍵中拉出來，變?yōu)樽杂呻娮?，同時產(chǎn)生空穴，這個過程稱為場致激發(fā)。由場致激發(fā)而產(chǎn)生大量的載流子，使PN結(jié)的反向電流劇增，呈現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。這種擊穿通常稱為齊納擊穿。

齊納擊穿示意圖

兩者的區(qū)別：

PN結(jié)反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿，一般兩種擊穿同時存在，但在電壓低于5-6V時的擊穿以齊納擊穿為主，而電壓高于5-6V時的擊穿以雪崩擊穿為主。

齊納擊穿主要取決于空間電荷區(qū)中的最大電場，而在碰撞電離機(jī)構(gòu)中既與場強(qiáng)大小有關(guān)，也與載流子的碰撞累積過程有關(guān)。顯然空間電荷區(qū)愈寬，倍增次數(shù)愈多，因此雪崩擊穿除與電場有關(guān)外，還與空間電荷區(qū)的寬度有關(guān)，它要求PN結(jié)厚。對于摻雜濃度較高勢壘較薄的PN結(jié)，主要是齊納擊穿。摻雜較低因而勢壘較寬的PN結(jié)，主要是雪崩擊穿，而且擊穿電壓比較高。