二極管中的擊穿現(xiàn)象

在二極管的使用中，我們經(jīng)常會(huì)說到二極管的反向擊穿。本文對(duì)二極管的擊穿相關(guān)概念及名詞進(jìn)行匯總釋義。
 
NO.1 什么是二極管的反向擊穿？
晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。
 
NO.2二極管有幾種擊穿模式？
二極管的擊穿模式有兩種，分為齊納擊穿與雪崩擊穿。
 
NO.3齊納擊穿與雪崩擊穿兩者的原理是什么？
齊納擊穿：當(dāng)反向電壓增大到一定值時(shí)，勢(shì)壘區(qū)內(nèi)就能建立起很強(qiáng)的電場(chǎng)，它能夠直接將束縛在共價(jià)鍵中的價(jià)電子拉出來(lái)，使勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生大量的電子—空穴對(duì)，形成較大的反向電流，產(chǎn)生擊穿。把這種在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，使勢(shì)壘區(qū)中原子直接激發(fā)的擊穿現(xiàn)象稱為齊納擊穿。 
齊納擊穿一般發(fā)生在摻雜濃度較高的PN結(jié)中。這是因?yàn)閾诫s濃度較高的PN結(jié)，空間電荷區(qū)的電荷密度很大，寬度較窄，只要加不大的反向電壓，就能建立起很強(qiáng)的電場(chǎng)，發(fā)生齊納擊穿。
 
雪崩擊穿：材料摻雜濃度較低的PN結(jié)中，當(dāng)PN結(jié)反向電壓增加時(shí)，空間電荷區(qū)中的電場(chǎng)隨著增強(qiáng)。這樣通過空間電荷區(qū)的電子和空穴，就會(huì)在電場(chǎng)作用下，使獲得的能量增大。在晶體中運(yùn)行的電子和空穴將不斷的與晶體原子發(fā)生碰撞，通過這樣的碰撞可使束縛在共價(jià)鍵中的價(jià)電子碰撞出來(lái)，產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)。新產(chǎn)生的載流子在電場(chǎng)作用下撞出其他價(jià)電子，又產(chǎn)生新的自由電子和空穴對(duì)。如此連鎖反應(yīng)，使得阻擋層中的載流子的數(shù)量雪崩式地增加，流過PN結(jié)的電流就急劇增大擊穿PN結(jié)，這種碰撞電離導(dǎo)致?lián)舸┓Q為雪崩擊穿，也稱為電子雪崩現(xiàn)象。
 
NO.4齊納擊穿與雪崩擊穿有何區(qū)別？
區(qū)別一：雪崩擊穿是在電場(chǎng)作用下，載流子能量增大，不斷與晶體原子相碰，使共價(jià)鍵中的電子激發(fā)形成自由電子-空穴對(duì)。新產(chǎn)生的載流子又通過碰撞產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)，這就是倍增效應(yīng)。1生2，2生4，像雪崩一樣增加載流子。齊納擊穿完全不同，在高的反向電壓下，PN結(jié)中存在強(qiáng)電場(chǎng)，它能夠直接破壞！共價(jià)鍵將束縛電子分離來(lái)形成電子-空穴對(duì)，形成大的反向電流。齊納擊穿需要的電場(chǎng)強(qiáng)度很大，只有在雜質(zhì)濃度特別大的PN結(jié)才做得到。（雜質(zhì)大電荷密度就大）一般的二極管摻雜濃度沒這么高，它們的電擊穿都是雪崩擊穿。齊納擊穿大多出現(xiàn)在特殊的二極管中，就是穩(wěn)壓二極管。 兩種二極管都是工作在反向擊穿區(qū)，二者的區(qū)別在于耐受暫態(tài)脈沖沖擊能力和箝位電壓水平等方面有所差異。防雷設(shè)計(jì)中就是應(yīng)用兩種二極管的伏安特性來(lái)抑制雷電過電壓。
區(qū)別二：雪崩擊穿所需電壓大！雪崩擊穿是PN結(jié)反向電壓增大到一數(shù)值時(shí)，載流子倍增就像雪崩一樣，增加得多而快。齊納擊穿完全不同，在高的反向電壓下
 
NO.5二極管的擊穿現(xiàn)象可以利用嗎？
部分二極管就是利用了二極管的反向擊穿特性設(shè)計(jì)制造出來(lái)的。例如穩(wěn)壓二極管，也叫齊納二極管，就是利用二極管的反向擊穿特性進(jìn)行穩(wěn)壓的。它是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定。
雪崩二極管是在外加電壓作用下可以產(chǎn)生高頻振蕩的晶體管。利用雪崩擊穿對(duì)晶體注入載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時(shí)間，所以其電流滯后于電壓，出現(xiàn)延遲時(shí)間，若適當(dāng)?shù)乜刂贫稍綍r(shí)間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會(huì)出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，從而產(chǎn)生高頻振蕩。
 
NO.6熱擊穿是什么？
熱擊穿的本質(zhì)是處于電場(chǎng)中的介質(zhì)，由于其中的介質(zhì)損耗而產(chǎn)生熱量，就是電勢(shì)能轉(zhuǎn)換為熱量，當(dāng)外加電壓足夠高時(shí)，就可能從散熱與發(fā)熱的熱平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)入不平衡狀態(tài)，若發(fā)出的熱量比散去的多，介質(zhì)溫度將愈來(lái)愈高，直至出現(xiàn)永久性損壞，這就是熱擊穿。