Avalanche vs Zener Breakdown: differenza e confronto

Punti chiave

1. La rottura della valanga si verifica quando un'elevata tensione inversa fa sì che gli elettroni guadagnino energia sufficiente per creare ulteriori coppie elettrone-lacuna, portando a un improvviso aumento di corrente.
2. La rottura dello Zener avviene a un livello di tensione inferiore e comporta il tunneling degli elettroni attraverso una regione di esaurimento stretta e altamente drogata.
3. Entrambi i meccanismi di rottura possono essere utilizzati intenzionalmente nella progettazione di diodi Zener, che regolano la tensione fornendo una tensione di riferimento stabile.

Cos'è l'Avalanche Breakdown?

John Sealy Townsend scoprì il fenomeno della rottura di una valanga tra il 1897 e il 1901. Questo fenomeno è noto anche come scarica di Townsend e comporta la produzione di un flusso di corrente attraverso un semiconduttore quando viene attraversato da un forte campo elettrico. La produzione ripetuta di elettroni liberi come risultato di questo processo provoca danni estremi al dispositivo a semiconduttore ma, a sua volta, aumenta il flusso di corrente.

Questa rottura si osserva quando viene applicata una tensione inversa al diodo. Quando la tensione inversa aumenta, aumenta anche il campo elettrico, portando all'intero processo. Questo processo avviene nel diodo Zener con una tensione di rottura maggiore di 8 volt. Con l'aumento della temperatura, aumenta anche la tensione di rottura. La rottura a valanga si verifica nei diodi a giunzione pn leggermente drogata.

La rottura della valanga ha un coefficiente di temperatura positivo. Il campo elettrico formato attorno alla regione di svuotamento è debole. La rottura da valanga non è un processo reversibile. Ciò accade perché la giunzione pn è permanentemente danneggiata. A volte, può essere invertito se un resistore in serie viene inserito nel diodo.

Che cos'è la ripartizione di Zener?

Zener ripartizione prende il nome da Clarence Melvin Zener, che lo scoprì. Questo fenomeno si verifica a causa di elevate concentrazioni di drogante. Durante il processo, la polarizzazione inversa viene applicata a un diodo altamente drogato e la giunzione si restringe a causa dell'aumento del drogaggio. Gli elettroni si spostano dalla banda di valenza del materiale di tipo p ai materiali di tipo n' banda di conduzione.

Il fenomeno della rottura Zener si verifica nei diodi Zener che hanno una tensione di rottura Zener da 5 a 8 volt. Il campo elettrico estremamente elevato nella stretta regione di esaurimento provoca il elettroni di valenza essere messo in conduzione. La prosecuzione di questo processo durante il fenomeno provoca un aumento della temperatura, che diminuisce la tensione di rottura.

Il coefficiente di temperatura della rottura di Zener è negativo. Il fenomeno della rottura di Zener utilizza solo semiconduttori e non isolanti. Questo fenomeno è reversibile rispetto al guasto da valanga. Ciò è possibile perché, nel guasto Zener pn, la giunzione pn non viene danneggiata e può essere riportata nella sua posizione originale quando la tensione di polarizzazione inversa viene ridotta.

Differenza tra guasto a valanga e guasto Zener

1. La rottura della valanga si verifica quando un campo elettrico viene applicato a un materiale. Al contrario, la rottura di Zener si verifica quando una giunzione pn polarizzata inversa è esposta a un campo elettrico sufficientemente elevato.
2. La rottura da valanga si verifica a tensioni inferiori e livelli di corrente più elevati, mentre la rottura di Zener richiede una tensione più elevata per verificarsi, con conseguente livello di corrente inferiore.
3. La rottura da valanga può far diminuire la tensione di rottura, mentre la tensione di rottura Zener rimane relativamente costante.
4. La rottura della valanga può verificarsi in qualsiasi materiale, mentre Zener è specifico per i semiconduttori.
5. La rottura a valanga viene utilizzata in applicazioni come diodi di protezione e regolatori di tensione, mentre la rottura a Zener ha le sue applicazioni come riferimenti di tensione e regolatori di tensione.

Confronto tra guasto a valanga e guasto Zener

Parametri di confronto	Guasto da valanga	Ripartizione Zener
Meccanismo	Campo elettrico	Giunzione pn polarizzata inversa
Tensione	Basso	Alta
Sensibilità alla temperatura	Alta	Basso
Tipo di materiale	Qualsiasi	Semiconduttori
Corrente	Alta	Basso

Riferimenti

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

Ultimo aggiornamento: 30 luglio 2023