PN结的击穿有哪几种,pn结的击穿机制-KIA MOS管

PN结的击穿

对pn结施加的反向偏压增大到某一数值VBR时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为pn结击穿。发生击穿时的反向电压称为pn结的击穿电压。

PN结的击穿主要分为三类：雪崩击穿、齐纳击穿和热击穿。

雪崩击穿

雪崩击穿原理：当二极管在反向偏置下工作时，其PN结区域会产生一个很强的电场。如果电场强度足够高，它可以使价带电子获得足够的能量以跃迁到导带，成为自由电子。这些自由电子在高电场的作用下加速，获得足够的动能，并且可以撞击价带中的电子，将它们激发到导带，产生更多的电子-空穴对。

雪崩击穿的名称来自于类比雪崩过程。就像在雪崩中，一颗雪花的滑落会引发更多雪花的滑落，最终导致雪崩的扩大，电子与空穴之间的碰撞也会引发更多的碰撞，导致电流的快速增加。

雪崩击穿的原理通过以下步骤解释：

1.初始条件：在反向偏置下，PN结中的空间电荷区（势垒区）中存在内建电场，使得载流子在空间电荷区中分离。

2.加大反向电压：当反向电压逐渐增大，电场强度也随之增大。

3.载流子加速：当电场强度足够强时，电子和空穴在电场的作用下被加速，获得足够的能量。

4.碰撞电离：当电子和空穴获得足够的能量时，它们会与晶格原子发生碰撞，将能量传递给晶格原子，使得晶格原子激发，产生新的电子空穴对。

5.雪崩效应：新产生的电子空穴对继续被电场加速，与晶格原子碰撞，产生更多的电子空穴对。这种过程形成一个雪崩效应，电子空穴对的数量迅速增加。

6.电流增大：随着电子空穴对数量的增加，电流迅速增大，器件发生雪崩击穿。

齐纳击穿

齐纳击穿（Zener Diode Breakdown）是在高掺杂浓度和窄耗尽区的情况下，PN结发生击穿的一种方式。它是以其发现者克拉伦斯·梅尔文·齐纳（Clarence Melvin Zener）的名字命名的。

齐纳击穿的基本原理：

高掺杂浓度：在齐纳二极管中，PN结的一侧（通常是P侧）高度掺杂，导致耗尽区非常窄。这种高掺杂导致能级带间距离减小。

电场效应：当施加反向偏置电压时，PN结的耗尽区产生一个强大的电场。这个电场非常强，以至于能量带之间的距离进一步减小。

量子隧道效应：在一定的高电压下，价带中的电子可以通过量子隧道效应直接跃迁到导带。这意味着电子不需要获得足够的能量来跨越能隙，而是直接“隧穿”到导带。

电流的急剧增加：隧穿效应导致电子从价带到导带的快速移动，从而使得反向电流急剧增加。这个过程发生在一个非常特定的电压值，即齐纳电压。

特点

稳定电压：齐纳二极管在齐纳电压下提供相对稳定的电压，使其成为电压稳定器和参考电压源的理想选择。

低击穿电压：与雪崩击穿相比，齐纳击穿通常发生在较低的电压值，常用于低电压应用。

快速响应：齐纳二极管能够快速响应电压变化，这使得它们在防止电压尖峰的应用中非常有效。

齐纳击穿是一种基于量子隧道效应的击穿机制，它允许二极管在特定的低电压下快速导电，广泛应用于电压稳定和保护电路中。

齐纳击穿被用于制造齐纳二极管。齐纳二极管可以在特定的电压下发生齐纳击穿，形成可控的电流路径。它们常用于电源稳压、电压调节和过压保护等应用。

热击穿

PN结的热击穿是指在反向偏置下，当电压达到一定程度时，PN结会发生突然的电击穿现象。热击穿主要是由于载流子的热激发和电离效应引起的。

当PN结处于反向偏置时，电场会导致少数载流子加速，获得更高的能量。在高电场下，载流子与晶格原子碰撞，产生大量的电离和激发。这些电离和激发过程会生成额外的载流子，导致电流迅速增加。

随着电流的增加，PN结内部的局部温度也会升高。当温度升高到一定程度时，晶格中的原子会发生热振荡，导致晶格的热扩散能力下降。这会导致局部温度继续升高，形成正反馈效应。

当局部温度升高到足够高的程度时，晶格中的键合会断裂，形成电子空穴对。这些电子空穴对会进一步产生电离效应，形成更多的载流子。这会导致电流急剧增加，PN结发生热击穿。

热击穿会导致PN结失去反向偏置下的电阻特性，电流迅速增加，电压下降。需要注意的是，热击穿是一种不可逆的过程，一旦发生，电流会迅速增大，可能导致器件损坏。

三种击穿对比

联系方式：邹先生

联系电话：0755-83888366-8022

手机：18123972950（微信同号）

QQ：2880195519

联系地址：深圳市福田区金田路3037号金中环国际商务大厦2109

请搜微信公众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公众号

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助

免责声明：本网站部分文章或图片来源其它出处，如有侵权，请联系删除。