Avalanche vs Zener Breakdown: Forskel og sammenligning

Nøgleforsøg

1. Lavinesammenbrud opstår, når en høj omvendt spænding får elektroner til at få nok energi til at skabe yderligere elektron-hul-par, hvilket fører til en pludselig strømstigning.
2. Zener-nedbrydning sker ved et lavere spændingsniveau og involverer tunnelering af elektroner på tværs af et smalt, stærkt dopet udtømningsområde.
3. Begge nedbrydningsmekanismer kan med vilje bruges til at designe Zener-dioder, som regulerer spændingen ved at give en stabil referencespænding.

Hvad er lavinesammenbrud?

John Sealy Townsend opdagede fænomenet lavinesammenbrud mellem 1897 og 1901. Dette fænomen er også kendt som Townsend-udladning og involverer produktionen af ​​en strøm af strøm gennem en halvleder, når et stærkt elektrisk felt føres igennem den. Den gentagne produktion af frie elektroner som et resultat af denne proces forårsager ekstrem skade på halvlederenheden, men øger til gengæld strømmen.

Denne nedbrydning observeres, når en omvendt spænding påføres dioden. Når den omvendte spænding stiger, øges det elektriske felt også, hvilket fører til hele processen. Denne proces sker i Zener-dioden med en gennembrudsspænding på mere end 8 volt. Med stigningen i temperaturen stiger nedbrydningsspændingen også. Lavinesammenbrud forekommer i dioderne, der er let dopede pn junction.

Lavinesammenbrud har en positiv temperaturkoefficient. Det elektriske felt, der dannes omkring udtømningsområdet, er svagt. Lavinesammenbrud er ikke en reversibel proces. Dette sker, fordi pn-krydset er permanent beskadiget. Nogle gange kan det vendes, hvis en seriemodstand er placeret i dioden.

Hvad er Zener Breakdown?

Zener sammenbrud er opkaldt efter Clarence Melvin Zener, som opdagede det. Dette fænomen opstår som følge af høje dopingkoncentrationer. Under processen påføres omvendt bias til en stærkt dopet diode, og krydset indsnævres på grund af øget doping. Elektronerne bevæger sig fra valensbåndet af p-type materiale til n-type materialer' ledningsbånd.

Fænomenet Zener-nedbrydning finder sted i Zener-dioder, som har en Zener-nedbrydningsspænding på 5 til 8 volt. Det ekstremt høje elektriske felt i det snævre udtømningsområde forårsager valenselektroner at blive trukket i ledning. Fortsættelsen af ​​denne proces under fænomenet forårsager en stigning i temperaturen, hvilket mindsker nedbrydningsspændingen.

Temperaturkoefficienten for Zener-nedbrydning er negativ. Fænomenet Zener-nedbrydning bruger kun halvledere og ikke isolatorer. Dette fænomen er reversibelt i modsætning til lavinesammenbrud. Det er muligt, fordi, i pn Zener-nedbrud, er pn-forbindelsen ikke beskadiget og kan returneres til sin oprindelige plads, når den omvendte forspænding reduceres.

Forskellen mellem lavinesammenbrud og zenernedbrydning

1. Lavinesammenbrud opstår, når et elektrisk felt påføres et materiale. I modsætning hertil opstår Zener-nedbrydning, når en omvendt forspændt pn-forbindelse udsættes for et tilstrækkeligt højt elektrisk felt.
2. Lavinesammenbrud sker ved lavere spændinger og højere strømniveauer, hvorimod Zener-nedbrud kræver en højere spænding for at forekomme, hvilket resulterer i et lavere strømniveau.
3. Lavinesammenbrud kan få nedbrudsspændingen til at falde, hvorimod Zener-nedbrudsspændingen forbliver relativt konstant.
4. Lavinesammenbrud kan forekomme i ethvert materiale, hvorimod Zener er specifik for halvledere.
5. Lavinesammenbrud bruges i applikationer som beskyttelsesdioder og spændingsregulatorer, hvorimod Zener-nedbrud har sine applikationer som spændingsreferencer og spændingsregulatorer.

Sammenligning mellem lavinesammenbrud og zenernedbrydning

Parametre for sammenligning	Lavineopdeling	Zener opdeling
Mechanism	Elektrisk felt	Omvendt forspændt pn-kryds
Spænding	Lav	Høj
Temperaturfølsomhed	Høj	Lav
Materiale Type	Enhver	Halvledere
Nuværende	Høj	Lav

Referencer

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

Sidst opdateret: 30. juli 2023