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二极管中的击穿现象

在二极管的使用中,我们经常会说到二极管的反向击穿。本文对二极管的击穿相关概念及名词进行汇总释义。
 
*一 什么是二极管的反向击穿?
晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场。当不存在外加电压时,由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时,外界电场和自建电场进一步加强,形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时,p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程,产生大量电子空穴对,产生了数值很大的反向击穿电流,称为二极管的击穿现象。
 
NO.2二极管有几种击穿模式?
二极管的击穿模式有两种,分为齐纳击穿与雪崩击穿。
 
NO.3齐纳击穿与雪崩击穿两者的原理是什么?
齐纳击穿:当反向电压增大到一定值时,势垒区内就能建立起很强的电场,它能够直接将束缚在共价键中的价电子拉出来,使势垒区产生大量的电子—空穴对,形成较大的反向电流,产生击穿。把这种在强电场作用下,使势垒区中原子直接激发的击穿现象称为齐纳击穿。 
齐纳击穿一般发生在掺杂浓度较高的PN结中。这是因为掺杂浓度较高的PN结,空间电荷区的电荷密度很大,宽度较窄,只要加不大的反向电压,就能建立起很强的电场,发生齐纳击穿。
 
雪崩击穿: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和空穴,就会在电场作用下,使获得的能量增大。在晶体中运行的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞,通过这样的碰撞可使束缚在共价键中的价电子碰撞出来,产生自由电子-空穴对。新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子,又产生新的自由电子和空穴对。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结的电流就急剧增大击穿PN结,这种碰撞电离导致击穿称为雪崩击穿,也称为电子雪崩现象。
 
NO.4齐纳击穿与雪崩击穿有何区别?
区别一:雪崩击穿是在电场作用下,载流子能量增大,不断与晶体原子相碰,使共价键中的电子激发形成自由电子-空穴对。新产生的载流子又通过碰撞产生自由电子-空穴对,这就是倍增效应。1生2,2生4,像雪崩一样增加载流子。齐纳击穿完*不同,在高的反向电压下,PN结中存在强电场,它能够直接破坏!共价键将束缚电子分离来形成电子-空穴对,形成大的反向电流。齐纳击穿需要的电场强度很大,只有在杂质浓度特别大的PN结才做得到。(杂质大电荷密度就大)一般的二极管掺杂浓度没这么高,它们的电击穿都是雪崩击穿。齐纳击穿大多出现在特殊的二极管中,就是稳压二极管。 两种二极管都是工作在反向击穿区,二者的区别在于耐受暂态脉冲冲击能力和箝位电压水平等方面有所差异。防雷设计中就是应用两种二极管的伏安特性来抑制雷电过电压。
区别二:雪崩击穿所需电压大!雪崩击穿是PN结反向电压增大到一数值时,载流子倍增就像雪崩一样,增加得多而快。齐纳击穿完*不同,在高的反向电压下
 
NO.5二极管的击穿现象可以利用吗?
部分二极管就是利用了二极管的反向击穿特性设计制造出来的。例如稳压二极管,也叫齐纳二极管,就是利用二极管的反向击穿特性进行稳压的。它是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。
雪崩二极管是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。利用雪崩击穿对晶体注入载流子,因载流子渡越晶片需要一定的时间,所以其电流滞后于电压,出现延迟时间,若适当地控制渡越时间,那么,在电流和电压关系上就会出现负阻效应,从而产生高频振荡。
 
NO.6热击穿是什么?
热击穿的本质是处于电场中的介质,由于其中的介质损耗而产生热量,就是电势能转换为热量,当外加电压足够高时,就可能从散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态,若发出的热量比散去的多,介质温度将愈来愈高,直至出现长期性损坏,这就是热击穿。

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