Avalanche vs Zener Breakdown: Rozdíl a srovnání

Key Takeaways

1. Lavinový průraz nastane, když vysoké zpětné napětí způsobí, že elektrony získají dostatek energie k vytvoření dalších párů elektron-díra, což vede k náhlému nárůstu proudu.
2. Zenerův průraz se děje při nižší úrovni napětí a zahrnuje tunelování elektronů přes úzkou, vysoce dotovanou oblast vyčerpání.
3. Oba mechanismy průrazu lze záměrně použít při navrhování Zenerových diod, které regulují napětí poskytováním stabilního referenčního napětí.

Co je Avalanche Breakdown?

John Sealy Townsend objevil fenomén lavinového zhroucení v letech 1897 až 1901. Tento jev je také známý jako Townsendův výboj a zahrnuje produkci toku proudu přes polovodič, když jím prochází silné elektrické pole. Opakovaná produkce volných elektronů v důsledku tohoto procesu způsobuje extrémní poškození polovodičového zařízení, ale naopak zvyšuje tok proudu.

Toto zhroucení je pozorováno, když je na diodu aplikováno zpětné napětí. Když vzroste zpětné napětí, zvýší se i elektrické pole, což vede k celému procesu. K tomuto procesu dochází u Zenerovy diody s průrazným napětím větším než 8 voltů. S rostoucí teplotou roste i průrazné napětí. V diodách, které jsou lehce dotovány pn přechodem, dochází k lavinovému průrazu.

Lavinový průraz má kladný teplotní koeficient. Elektrické pole vytvořené kolem oblasti vyčerpání je slabé. Lavinový rozpad není vratný proces. K tomu dochází, protože pn přechod je trvale poškozen. Někdy to může být obráceno, pokud je v diodě umístěn sériový odpor.

Co je Zenerovo členění?

Zenerovo zhroucení je pojmenována po Clarence Melvinu Zenerovi, který ji objevil. K tomuto jevu dochází v důsledku vysokých koncentrací dopingu. Během procesu je na vysoce dotovanou diodu aplikováno zpětné předpětí a přechod se zužuje kvůli zvýšenému dopování. Elektrony se pohybují z valenčního pásma materiálu typu p do materiálů typu n' vodivé pásmo.

Fenomén Zenerova průrazu se odehrává v Zenerových diodách, které mají Zenerovo průrazné napětí 5 až 8 voltů. Extrémně vysoké elektrické pole v úzké oblasti vyčerpání způsobuje valenční elektrony být vtažen do vedení. Pokračování tohoto procesu během jevu způsobí zvýšení teploty, čímž se sníží průrazné napětí.

Teplotní koeficient Zenerova členění je záporný. Fenomén Zenerova členění využívá pouze polovodiče a nikoli izolanty. Tento jev je reverzibilní na rozdíl od rozpadu lavin. Je to možné, protože při pn Zenerově průrazu není pn přechod poškozen a může být vrácen na své původní místo, když se sníží zpětné předpětí.

Rozdíl mezi lavinovým a Zenerovým zhroucením

1. Lavinový průraz nastává, když je na materiál aplikováno elektrické pole. Naproti tomu Zenerův průraz nastává, když je reverzně zaujatý pn přechod vystaven dostatečně vysokému elektrickému poli.
2. Lavinový průraz nastává při nižších napětích a vyšších úrovních proudu, zatímco Zenerův průraz vyžaduje vyšší napětí, což má za následek nižší úroveň proudu.
3. Lavinový průraz může způsobit pokles průrazného napětí, zatímco průrazné Zenerovo napětí zůstává relativně konstantní.
4. Lavinový průraz může nastat v jakémkoli materiálu, zatímco Zener je specifický pro polovodiče.
5. Lavinový průraz se používá v aplikacích, jako jsou ochranné diody a regulátory napětí, zatímco Zenerův průraz má své aplikace, jako jsou napěťové reference a regulátory napětí.

Srovnání lavinového a Zenerova zhroucení

Parametry srovnání	Lavinové zhroucení	Zenerovo zhroucení
Mechanismus	Elektrické pole	Reverzně vychýlený pn přechod
Napětí	Nízké	Vysoký
Teplotní citlivost	Vysoký	Nízké
Typ materiálu	Žádný	Polovodiče
Proud	Vysoký	Nízké

Reference

1. https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.94.877
2. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/5447652/

Poslední aktualizace: 30. července 2023