PN結(jié)的擊穿有哪幾種,pn結(jié)的擊穿機(jī)制-KIA MOS管

PN結(jié)的擊穿

對(duì)pn結(jié)施加的反向偏壓增大到某一數(shù)值VBR時(shí)，反向電流密度突然開(kāi)始迅速增大的現(xiàn)象稱為pn結(jié)擊穿。發(fā)生擊穿時(shí)的反向電壓稱為pn結(jié)的擊穿電壓。

PN結(jié)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(dāng)二極管在反向偏置下工作時(shí)，其PN結(jié)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的電場(chǎng)。如果電場(chǎng)強(qiáng)度足夠高，它可以使價(jià)帶電子獲得足夠的能量以躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子。這些自由電子在高電場(chǎng)的作用下加速，獲得足夠的動(dòng)能，并且可以撞擊價(jià)帶中的電子，將它們激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生更多的電子-空穴對(duì)。

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雪崩擊穿的名稱來(lái)自于類比雪崩過(guò)程。就像在雪崩中，一顆雪花的滑落會(huì)引發(fā)更多雪花的滑落，最終導(dǎo)致雪崩的擴(kuò)大，電子與空穴之間的碰撞也會(huì)引發(fā)更多的碰撞，導(dǎo)致電流的快速增加。

雪崩擊穿的原理通過(guò)以下步驟解釋：

1.初始條件：在反向偏置下，PN結(jié)中的空間電荷區(qū)（勢(shì)壘區(qū)）中存在內(nèi)建電場(chǎng)，使得載流子在空間電荷區(qū)中分離。

2.加大反向電壓：當(dāng)反向電壓逐漸增大，電場(chǎng)強(qiáng)度也隨之增大。

3.載流子加速：當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度足夠強(qiáng)時(shí)，電子和空穴在電場(chǎng)的作用下被加速，獲得足夠的能量。

4.碰撞電離：當(dāng)電子和空穴獲得足夠的能量時(shí)，它們會(huì)與晶格原子發(fā)生碰撞，將能量傳遞給晶格原子，使得晶格原子激發(fā)，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。

5.雪崩效應(yīng)：新產(chǎn)生的電子空穴對(duì)繼續(xù)被電場(chǎng)加速，與晶格原子碰撞，產(chǎn)生更多的電子空穴對(duì)。這種過(guò)程形成一個(gè)雪崩效應(yīng)，電子空穴對(duì)的數(shù)量迅速增加。

6.電流增大：隨著電子空穴對(duì)數(shù)量的增加，電流迅速增大，器件發(fā)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(qū)的情況下，PN結(jié)發(fā)生擊穿的一種方式。它是以其發(fā)現(xiàn)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(jié)的一側(cè)（通常是P側(cè)）高度摻雜，導(dǎo)致耗盡區(qū)非常窄。這種高摻雜導(dǎo)致能級(jí)帶間距離減小。

電場(chǎng)效應(yīng)：當(dāng)施加反向偏置電壓時(shí)，PN結(jié)的耗盡區(qū)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)非常強(qiáng)，以至于能量帶之間的距離進(jìn)一步減小。

量子隧道效應(yīng)：在一定的高電壓下，價(jià)帶中的電子可以通過(guò)量子隧道效應(yīng)直接躍遷到導(dǎo)帶。這意味著電子不需要獲得足夠的能量來(lái)跨越能隙，而是直接“隧穿”到導(dǎo)帶。

電流的急劇增加：隧穿效應(yīng)導(dǎo)致電子從價(jià)帶到導(dǎo)帶的快速移動(dòng)，從而使得反向電流急劇增加。這個(gè)過(guò)程發(fā)生在一個(gè)非常特定的電壓值，即齊納電壓。

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特點(diǎn)

穩(wěn)定電壓：齊納二極管在齊納電壓下提供相對(duì)穩(wěn)定的電壓，使其成為電壓穩(wěn)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(fā)生在較低的電壓值，常用于低電壓應(yīng)用。

快速響應(yīng)：齊納二極管能夠快速響應(yīng)電壓變化，這使得它們?cè)诜乐闺妷杭夥宓膽?yīng)用中非常有效。

齊納擊穿是一種基于量子隧道效應(yīng)的擊穿機(jī)制，它允許二極管在特定的低電壓下快速導(dǎo)電，廣泛應(yīng)用于電壓穩(wěn)定和保護(hù)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(fā)生齊納擊穿，形成可控的電流路徑。它們常用于電源穩(wěn)壓、電壓調(diào)節(jié)和過(guò)壓保護(hù)等應(yīng)用。

熱擊穿

PN結(jié)的熱擊穿是指在反向偏置下，當(dāng)電壓達(dá)到一定程度時(shí)，PN結(jié)會(huì)發(fā)生突然的電擊穿現(xiàn)象。熱擊穿主要是由于載流子的熱激發(fā)和電離效應(yīng)引起的。

當(dāng)PN結(jié)處于反向偏置時(shí)，電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致少數(shù)載流子加速，獲得更高的能量。在高電場(chǎng)下，載流子與晶格原子碰撞，產(chǎn)生大量的電離和激發(fā)。這些電離和激發(fā)過(guò)程會(huì)生成額外的載流子，導(dǎo)致電流迅速增加。

隨著電流的增加，PN結(jié)內(nèi)部的局部溫度也會(huì)升高。當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，晶格中的原子會(huì)發(fā)生熱振蕩，導(dǎo)致晶格的熱擴(kuò)散能力下降。這會(huì)導(dǎo)致局部溫度繼續(xù)升高，形成正反饋效應(yīng)。

當(dāng)局部溫度升高到足夠高的程度時(shí)，晶格中的鍵合會(huì)斷裂，形成電子空穴對(duì)。這些電子空穴對(duì)會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生電離效應(yīng)，形成更多的載流子。這會(huì)導(dǎo)致電流急劇增加，PN結(jié)發(fā)生熱擊穿。

熱擊穿會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)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(guò)程，一旦發(fā)生，電流會(huì)迅速增大，可能導(dǎo)致器件損壞。

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