Key Take Away
- Ein Lawinendurchbruch tritt auf, wenn eine hohe Sperrspannung dazu führt, dass Elektronen genügend Energie gewinnen, um zusätzliche Elektron-Loch-Paare zu erzeugen, was zu einem plötzlichen Stromstoß führt.
- Der Zener-Durchbruch erfolgt bei einem niedrigeren Spannungspegel und beinhaltet das Tunneln von Elektronen über einen schmalen, hochdotierten Verarmungsbereich.
- Beide Durchbruchmechanismen können absichtlich beim Entwerfen von Zenerdioden verwendet werden, die die Spannung regulieren, indem sie eine stabile Referenzspannung bereitstellen.
Was ist Lawinendurchbruch?
John Sealy Townsend entdeckte zwischen 1897 und 1901 das Phänomen des Lawinendurchbruchs. Dieses Phänomen ist auch als Townsend-Entladung bekannt und beinhaltet die Erzeugung eines Stromflusses durch einen Halbleiter, wenn ein starkes elektrisches Feld durch ihn geleitet wird. Die wiederholte Produktion freier Elektronen infolge dieses Prozesses führt zu extremen Schäden am Halbleiterbauelement, erhöht aber wiederum den Stromfluss.
Dieser Durchbruch wird beobachtet, wenn an die Diode eine Sperrspannung angelegt wird. Wenn die Sperrspannung ansteigt, erhöht sich auch das elektrische Feld, was den gesamten Prozess auslöst. Dieser Vorgang findet bei der Zenerdiode bei einer Durchbruchspannung von mehr als 8 Volt statt. Mit steigender Temperatur steigt auch die Durchbruchspannung. Bei Dioden mit leicht dotiertem pn-Übergang tritt ein Lawinendurchbruch auf.
Lawinendurchbruch hat einen positiven Temperaturkoeffizienten. Das um den Verarmungsbereich gebildete elektrische Feld ist schwach. Der Lawinendurchbruch ist kein umkehrbarer Prozess. Dies geschieht, weil der pn-Übergang dauerhaft beschädigt ist. Manchmal kann es umgekehrt werden, wenn ein Vorwiderstand in der Diode platziert wird.
Was ist Zener-Aufschlüsselung?
Zener Zusammenbruch ist nach Clarence Melvin Zener benannt, der es entdeckt hat. Dieses Phänomen entsteht durch hohe Dotierungskonzentrationen. Während des Prozesses wird eine Sperrvorspannung an eine hochdotierte Diode angelegt und der Übergang wird aufgrund der erhöhten Dotierung schmaler. Die Elektronen bewegen sich vom Valenzband des p-Typ-Materials zum n-Typ-Material. Leitungsband.
Das Phänomen des Zener-Durchbruchs tritt bei Zener-Dioden auf, die eine Zener-Durchbruchspannung von 5 bis 8 Volt haben. Das extrem hohe elektrische Feld im engen Verarmungsbereich verursacht die Valenzelektronen in die Leitung gezogen werden. Die Fortsetzung dieses Prozesses während des Phänomens führt zu einem Temperaturanstieg, der die Durchbruchspannung verringert.
Der Temperaturkoeffizient des Zener-Zusammenbruchs ist negativ. Das Phänomen des Zener-Durchbruchs nutzt nur Halbleiter und keine Isolatoren. Dieses Phänomen ist im Gegensatz zum Lawinendurchbruch reversibel. Dies ist möglich, weil beim pn-Zener-Durchbruch der pn-Übergang nicht beschädigt wird und an seinen ursprünglichen Platz zurückgebracht werden kann, wenn die Sperrvorspannung verringert wird.
Unterschied zwischen Lawinendurchbruch und Zenerdurchbruch
- Ein Lawinendurchbruch tritt auf, wenn ein elektrisches Feld an ein Material angelegt wird. Im Gegensatz dazu tritt ein Zener-Durchbruch auf, wenn ein in Sperrichtung vorgespannter pn-Übergang einem ausreichend hohen elektrischen Feld ausgesetzt wird.
- Der Lawinendurchbruch erfolgt bei niedrigeren Spannungen und höheren Stromstärken, wohingegen der Zenerdurchbruch eine höhere Spannung erfordert, was zu einer niedrigeren Stromstärke führt.
- Ein Lawinendurchbruch kann bewirken, dass die Durchbruchspannung abnimmt, während die Zener-Durchbruchspannung relativ konstant bleibt.
- Ein Lawinendurchbruch kann in jedem Material auftreten, während Zener spezifisch für Halbleiter ist.
- Der Avalanche-Durchbruch wird in Anwendungen wie Schutzdioden und Spannungsreglern verwendet, während der Zener-Durchbruch seine Anwendungen wie Spannungsreferenzen und Spannungsregler hat.
Vergleich zwischen Lawinendurchbruch und Zenerdurchbruch
| Vergleichsparameter | Lawinenausbruch | Zener Zusammenbruch |
|---|---|---|
| Mechanismus | Elektrisches Feld | Sperrvorgespannter pn-Übergang |
| Stromspannung | Sneaker | High |
| Temperaturempfindlichkeit | High | Sneaker |
| Medientyp | Jedes | Halbleiter |
| Strom | High | Sneaker |
- https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.94.877
- https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/5447652/
Letzte Aktualisierung: 30. Juli 2023
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Piyush Yadav hat die letzten 25 Jahre als Physiker in der örtlichen Gemeinde gearbeitet. Er ist ein Physiker, der sich leidenschaftlich dafür einsetzt, die Wissenschaft für unsere Leser zugänglicher zu machen. Er hat einen BSc in Naturwissenschaften und ein Postgraduiertendiplom in Umweltwissenschaften. Sie können mehr über ihn auf seinem lesen Bio-Seite.
