PN結的擊穿有哪幾種,pn結的擊穿機制-KIA MOS管

PN結的擊穿

對pn結施加的反向偏壓增大到某一數值VBR時，反向電流密度突然開始迅速增大的現象稱為pn結擊穿。發生擊穿時的反向電壓稱為pn結的擊穿電壓。

PN結的擊穿主要分為三類：雪崩擊穿、齊納擊穿和熱擊穿。

雪崩擊穿

雪崩擊穿原理：當二極管在反向偏置下工作時，其PN結區域會產生一個很強的電場。如果電場強度足夠高，它可以使價帶電子獲得足夠的能量以躍遷到導帶，成為自由電子。這些自由電子在高電場的作用下加速，獲得足夠的動能，并且可以撞擊價帶中的電子，將它們激發到導帶，產生更多的電子-空穴對。

雪崩擊穿的名稱來自于類比雪崩過程。就像在雪崩中，一顆雪花的滑落會引發更多雪花的滑落，最終導致雪崩的擴大，電子與空穴之間的碰撞也會引發更多的碰撞，導致電流的快速增加。

雪崩擊穿的原理通過以下步驟解釋：

1.初始條件：在反向偏置下，PN結中的空間電荷區（勢壘區）中存在內建電場，使得載流子在空間電荷區中分離。

2.加大反向電壓：當反向電壓逐漸增大，電場強度也隨之增大。

3.載流子加速：當電場強度足夠強時，電子和空穴在電場的作用下被加速，獲得足夠的能量。

4.碰撞電離：當電子和空穴獲得足夠的能量時，它們會與晶格原子發生碰撞，將能量傳遞給晶格原子，使得晶格原子激發，產生新的電子空穴對。

5.雪崩效應：新產生的電子空穴對繼續被電場加速，與晶格原子碰撞，產生更多的電子空穴對。這種過程形成一個雪崩效應，電子空穴對的數量迅速增加。

6.電流增大：隨著電子空穴對數量的增加，電流迅速增大，器件發生雪崩擊穿。

齊納擊穿

齊納擊穿（Zener Diode Breakdown）是在高摻雜濃度和窄耗盡區的情況下，PN結發生擊穿的一種方式。它是以其發現者克拉倫斯·梅爾文·齊納（Clarence Melvin Zener）的名字命名的。

齊納擊穿的基本原理：

高摻雜濃度：在齊納二極管中，PN結的一側（通常是P側）高度摻雜，導致耗盡區非常窄。這種高摻雜導致能級帶間距離減小。

電場效應：當施加反向偏置電壓時，PN結的耗盡區產生一個強大的電場。這個電場非常強，以至于能量帶之間的距離進一步減小。

量子隧道效應：在一定的高電壓下，價帶中的電子可以通過量子隧道效應直接躍遷到導帶。這意味著電子不需要獲得足夠的能量來跨越能隙，而是直接“隧穿”到導帶。

電流的急劇增加：隧穿效應導致電子從價帶到導帶的快速移動，從而使得反向電流急劇增加。這個過程發生在一個非常特定的電壓值，即齊納電壓。

特點

穩定電壓：齊納二極管在齊納電壓下提供相對穩定的電壓，使其成為電壓穩定器和參考電壓源的理想選擇。

低擊穿電壓：與雪崩擊穿相比，齊納擊穿通常發生在較低的電壓值，常用于低電壓應用。

快速響應：齊納二極管能夠快速響應電壓變化，這使得它們在防止電壓尖峰的應用中非常有效。

齊納擊穿是一種基于量子隧道效應的擊穿機制，它允許二極管在特定的低電壓下快速導電，廣泛應用于電壓穩定和保護電路中。

齊納擊穿被用于制造齊納二極管。齊納二極管可以在特定的電壓下發生齊納擊穿，形成可控的電流路徑。它們常用于電源穩壓、電壓調節和過壓保護等應用。

熱擊穿

PN結的熱擊穿是指在反向偏置下，當電壓達到一定程度時，PN結會發生突然的電擊穿現象。熱擊穿主要是由于載流子的熱激發和電離效應引起的。

當PN結處于反向偏置時，電場會導致少數載流子加速，獲得更高的能量。在高電場下，載流子與晶格原子碰撞，產生大量的電離和激發。這些電離和激發過程會生成額外的載流子，導致電流迅速增加。

隨著電流的增加，PN結內部的局部溫度也會升高。當溫度升高到一定程度時，晶格中的原子會發生熱振蕩，導致晶格的熱擴散能力下降。這會導致局部溫度繼續升高，形成正反饋效應。

當局部溫度升高到足夠高的程度時，晶格中的鍵合會斷裂，形成電子空穴對。這些電子空穴對會進一步產生電離效應，形成更多的載流子。這會導致電流急劇增加，PN結發生熱擊穿。

熱擊穿會導致PN結失去反向偏置下的電阻特性，電流迅速增加，電壓下降。需要注意的是，熱擊穿是一種不可逆的過程，一旦發生，電流會迅速增大，可能導致器件損壞。

三種擊穿對比

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