Sự cố Avalanche vs Zener: Sự khác biệt và so sánh

Các nội dung chính

1. Sự cố tuyết lở xảy ra khi điện áp ngược cao khiến các electron thu đủ năng lượng để tạo ra các cặp electron-lỗ trống bổ sung, dẫn đến dòng điện tăng đột ngột.
2. Sự cố Zener xảy ra ở mức điện áp thấp hơn và liên quan đến việc chui hầm các electron qua một vùng cạn kiệt hẹp, pha tạp cao.
3. Cả hai cơ chế đánh thủng đều có thể được sử dụng có chủ ý trong việc thiết kế điốt Zener, giúp điều chỉnh điện áp bằng cách cung cấp điện áp tham chiếu ổn định.

Sự cố Avalanche là gì?

John Sealy Townsend đã phát hiện ra hiện tượng đánh thủng Avalanche từ năm 1897 đến năm 1901. Hiện tượng này còn được gọi là phóng điện Townsend và liên quan đến việc tạo ra một dòng điện chạy qua chất bán dẫn khi có một điện trường mạnh chạy qua nó. Việc sản xuất lặp đi lặp lại các electron tự do do quá trình này gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho thiết bị bán dẫn, nhưng ngược lại, làm tăng dòng điện.

Sự cố này được quan sát thấy khi một điện áp ngược được đặt vào diode. Khi điện áp ngược tăng thì điện trường cũng tăng dẫn đến toàn bộ quá trình. Quá trình này xảy ra trong diode Zener với điện áp đánh thủng lớn hơn 8 vôn. Với sự gia tăng nhiệt độ, điện áp đánh thủng cũng tăng theo. Sự cố lở tuyết xảy ra trong các điốt có tiếp giáp pn pha tạp nhẹ.

Sự cố tuyết lở có hệ số nhiệt độ dương. Điện trường hình thành xung quanh vùng cạn kiệt là yếu. Sự cố lở tuyết không phải là một quá trình có thể đảo ngược. Điều này xảy ra do mối nối pn bị hỏng vĩnh viễn. Đôi khi, nó có thể đảo ngược nếu một điện trở nối tiếp được đặt trong diode.

Sự cố Zener là gì?

Sự cố Zener được đặt theo tên của Clarence Melvin Zener, người đã phát hiện ra nó. Hiện tượng này xảy ra do nồng độ doping cao. Trong quá trình này, độ lệch ngược được áp dụng cho một diode có độ pha tạp cao và điểm nối thu hẹp lại do độ pha tạp tăng lên. Các electron di chuyển từ vùng hóa trị của vật liệu loại p sang vùng dẫn của vật liệu loại n.

Hiện tượng đánh thủng Zener xảy ra ở các điốt Zener có điện áp đánh thủng Zener từ 5 đến 8 volt. Điện trường cực cao ở vùng cạn kiệt hẹp làm cho các electron hóa trị bị kéo vào trạng thái dẫn điện. Việc tiếp tục quá trình này trong thời gian xảy ra hiện tượng làm tăng nhiệt độ, làm giảm điện áp đánh thủng.

Hệ số nhiệt độ của sự cố Zener là âm. Hiện tượng đánh thủng Zener chỉ dùng chất bán dẫn chứ không dùng chất cách điện. Hiện tượng này có thể đảo ngược được trái ngược với sự cố Avalanche. Có thể bởi vì, trong sự cố pn Zener, tiếp giáp pn không bị hỏng và có thể trở lại vị trí ban đầu khi điện áp phân cực ngược giảm.

Sự khác biệt giữa Sự cố Avalanche và Sự cố Zener

1. Sự cố lở tuyết xảy ra khi một điện trường được áp dụng cho vật liệu. Ngược lại, sự cố Zener xảy ra khi tiếp giáp pn phân cực ngược tiếp xúc với điện trường đủ cao.
2. Sự cố tuyết lở xảy ra ở điện áp thấp hơn và mức dòng điện cao hơn, trong khi sự cố Zener cần điện áp cao hơn để xảy ra, dẫn đến mức dòng điện thấp hơn.
3. Sự cố tuyết lở có thể làm cho điện áp đánh thủng giảm, trong khi điện áp đánh thủng Zener vẫn tương đối ổn định.
4. Sự cố lở tuyết có thể xảy ra ở bất kỳ vật liệu nào, trong khi Zener dành riêng cho chất bán dẫn.
5. Sự cố do tuyết lở được sử dụng trong các ứng dụng như điốt bảo vệ và bộ điều chỉnh điện áp, trong khi sự cố Zener có các ứng dụng như tham chiếu điện áp và bộ điều chỉnh điện áp.

So sánh giữa sự cố tuyết lở và sự cố Zener

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