Avalanche vs Zener Breakdown: Razlika i usporedba

Ključni za poneti

1. Lavinski slom se događa kada visoki reverzni napon uzrokuje da elektroni dobiju dovoljno energije za stvaranje dodatnih parova elektron-šupljina, što dovodi do naglog skoka struje.
2. Zenerov slom događa se na nižoj naponskoj razini i uključuje tuneliranje elektrona preko uskog, visokodopiranog područja osiromašenja.
3. Oba mehanizma proboja mogu se namjerno koristiti u projektiranju Zener dioda, koje reguliraju napon dajući stabilan referentni napon.

Što je Avalanche Breakdown?

John Sealy Townsend otkrio je fenomen lavinskog proboja između 1897. i 1901. Taj je fenomen poznat i kao Townsendovo pražnjenje i uključuje proizvodnju struje kroz poluvodič kada kroz njega prođe jako električno polje. Ponavljana proizvodnja slobodnih elektrona kao rezultat ovog procesa uzrokuje ekstremno oštećenje poluvodičkog uređaja, ali zauzvrat povećava protok struje.

Ovaj slom se opaža kada se na diodu primijeni obrnuti napon. Kada se reverzni napon povećava, povećava se i električno polje, što dovodi do cijelog procesa. Ovaj se proces događa u Zener diodi s probojnim naponom većim od 8 volti. S porastom temperature raste i probojni napon. U diodama koje su slabo dopirane pn spojem dolazi do lavinskog sloma.

Lavinski slom ima pozitivan temperaturni koeficijent. Električno polje formirano oko osiromašenog područja je slabo. Slom lavine nije reverzibilan proces. To se događa jer je pn spoj trajno oštećen. Ponekad se može obrnuti ako se u diodu postavi serijski otpornik.

Što je Zenerov slom?

Zener kvar nazvan je po Clarenceu Melvinu Zeneru, koji ga je otkrio. Ovaj fenomen se događa kao rezultat visokih koncentracija dopinga. Tijekom procesa, reverzna prednapon se primjenjuje na visoko dopiranu diodu, a spoj se sužava zbog povećanog dopinga. Elektroni se kreću iz valentnog pojasa materijala p-tipa u materijale n-tipa' vodljivi pojas.

Fenomen Zenerovog proboja događa se u Zenerovim diodama koje imaju Zenerov probojni napon od 5 do 8 volti. Ekstremno visoko električno polje u uskom području osiromašenja uzrokuje valentni elektroni biti uvučen u kondukciju. Nastavak ovog procesa tijekom pojave uzrokuje porast temperature, što smanjuje probojni napon.

Temperaturni koeficijent Zenerovog proboja je negativan. Fenomen Zenerovog proboja koristi samo poluvodiče, a ne izolatore. Ovaj fenomen je reverzibilan za razliku od lavinskog sloma. To je moguće jer, u pn Zener proboju, pn spoj nije oštećen i može se vratiti na svoje izvorno mjesto kada se obrnuti prednapon smanji.

Razlika između lavinskog i Zenerovog sloma

1. Lavinski slom se događa kada se na materijal primijeni električno polje. Nasuprot tome, Zenerov slom se događa kada je pn spoj s reverznom prednapetošću izložen dovoljno visokom električnom polju.
2. Lavinski slom događa se pri nižim naponima i višim razinama struje, dok je za Zenerov slom potreban viši napon, što rezultira nižom razinom struje.
3. Lavinski proboj može uzrokovati smanjenje probojnog napona, dok Zener probojni napon ostaje relativno konstantan.
4. Lavinski slom može se dogoditi u bilo kojem materijalu, dok je Zener specifičan za poluvodiče.
5. Lavinski proboj se koristi u aplikacijama kao što su zaštitne diode i regulatori napona, dok Zenerov proboj ima svoje primjene kao što su reference napona i regulatori napona.

Usporedba između lavinskog i Zenerovog sloma

Parametri usporedbe	Slom lavine	Zener slom
Mehanizam	Električno polje	Reverzno prednaponski pn spoj
napon	Nizak	visok
Temperaturna osjetljivost	visok	Nizak
Materijal Tip	bilo koji	Poluvodiči
struja	visok	Nizak

Reference

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

Zadnje ažuriranje: 30. srpnja 2023