アバランチとツェナーの内訳: 違いと比較

主要な取り組み

1. アバランシェ降伏は、高い逆電圧によって電子が十分なエネルギーを得て追加の電子正孔対を生成し、電流が急激に増加したときに発生します。
2. ツェナー降伏は、より低い電圧レベルで発生し、狭い高ドープ空乏領域を横切る電子のトンネリングを伴います。
3. どちらのブレークダウン メカニズムも、安定した基準電圧を提供することで電圧を調整するツェナー ダイオードの設計に意図的に使用できます。

アバランチブレイクダウンとは？

ジョン・シーリー・タウンゼントは、1897 年から 1901 年にかけてアバランシェ降伏の現象を発見しました。この現象はタウンゼント放電としても知られており、強い電界が半導体を通過するときに半導体を通る電流の流れが生成されます。 このプロセスの結果として自由電子が繰り返し生成されると、半導体デバイスに極度の損傷が生じますが、その結果、電流が増加します。

この降伏は、ダイオードに逆電圧が印加されたときに観察されます。 逆電圧が増加すると、電界も増加し、プロセス全体が増加します。 このプロセスは、降伏電圧が 8 ボルトを超えるツェナー ダイオードで発生します。 温度が上昇すると、破壊電圧も上昇します。 アバランシェ降伏は、低濃度にドープされた pn 接合のダイオードで発生します。

アバランシェ降伏には正の温度係数があります。 空乏領域の周囲に形成される電場は弱い。 雪崩の崩壊は可逆的なプロセスではありません。 これは、pn接合が恒久的に損傷を受けるために発生します。 ダイオードに直列抵抗を配置すると逆になる場合があります。

ツェナーブレイクダウンとは？

ツェナーブレークダウンは、これを発見したクラレンス・メルビン・ツェナーにちなんで名付けられました。この現象は、高ドーピング濃度の結果として発生します。このプロセスでは、高ドーピングダイオードに逆バイアスが印加され、ドーピングの増加により接合が狭くなります。電子は、p 型材料の価電子帯から n 型材料の伝導帯に移動します。

ツェナー降伏の現象は、ツェナー降伏電圧が 5 ～ 8 ボルトのツェナー ダイオードで発生します。 狭い空乏領域の非常に高い電界により、価電子が伝導に引き込まれます。 現象中にこのプロセスが継続すると、温度が上昇し、ブレークダウン電圧が低下します。

ツェナー破壊の温度係数は負です。 ツェナー降伏現象は半導体のみを使用し、絶縁体は使用しません。 この現象は、アバランシェ降伏とは対照的に可逆的です。 これは、pn ツェナー降伏では pn 接合が損傷しておらず、逆バイアス電圧を下げると元の位置に戻ることができるため可能です。

アバランシェ降伏とツェナー降伏の違い

1. アバランシェ降伏は、材料に電界が印加されると発生します。 対照的に、逆バイアスされたpn接合が十分に高い電界にさらされると、ツェナー降伏が発生します。
2. アバランシェ降伏はより低い電圧とより高い電流レベルで発生しますが、ツェナー降伏は発生するためにより高い電圧を必要とするため、結果的に電流レベルが低くなります。
3. アバランシェ降伏により降伏電圧が低下する可能性がありますが、ツェナー降伏電圧は比較的一定のままです。
4. アバランシェ降伏はあらゆる材料で発生する可能性がありますが、ツェナーは半導体に固有です。
5. アバランシェ降伏は保護ダイオードや電圧レギュレータなどのアプリケーションで使用され、ツェナー降伏は電圧基準や電圧レギュレータなどのアプリケーションに使用されます。

アバランシェ降伏とツェナー降伏の比較

比較のパラメータ	アバランシェブレークダウン	ツェナーの内訳
メカニズム	電界	逆バイアスされたpn接合
電圧	ロー	ハイ
温度感度	ハイ	ロー
材料タイプ	任意	半導体関連装置
電流プローブ	ハイ	ロー

参考情報

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