Zener-efekti

Zener-ilmiö , tunnelin rikkoutuminen - ilmiö, jossa virta kasvaa jyrkästi käänteisen esijännityksen pn-liitoksen kautta tunneliilmiön vuoksi , eli elektronien kvanttimekaanisesta "vuodosta" kielletyn kaistan muodostaman kapean potentiaaliesteen läpi. puolijohteen. Se löytää sovelluksen zener-diodeissa ja useissa muissa laitteissa.

Vaikutuksen fyysinen olemus

Siirtymän käänteisellä biasilla syntyy energiakaistojen päällekkäisyys, jossa p-alueen valenssikaistan reuna sijaitsee energiassa n-alueen johtavuuskaistan reunan yläpuolella (katso kuva), kuten jonka seurauksena elektronit voivat kulkea (tunneli) p-alueen valenssikaistalta johtavuuskaistan n-alueelle. ${\displaystyle E_{vp))$ ${\displaystyle E_{cn))$

Jotta elektronien tunneliläpäisyn todennäköisyys olisi havaittavissa, tarvitaan puolijohdealueiden riittävän vahva doping ( piille noin 10 17 cm -3 ja enemmän).

Tunneloinnin todennäköisyys on myös erittäin riippuvainen sähkökentän voimakkuudesta tyhjennetyssä liitoskerroksessa, joten virta kasvaa nopeasti vastaavan napaisuuden kasvaessa ("+" n-alueella) [1] .

Voi olla tarpeen rajoittaa virtapiirissä olevaa virtaa, jotta vältetään näytteen tuhoutuminen.

Kodinkoneet

Zener-diodeissa käytetään tunnelointiilmiötä . Tyypilliset jännitteet, joilla toimiva läpilyöntivirta kulkee Zener-mekanismin läpi, ovat useita voltteja. Tätä varten dopingin luovuttaja- ja akseptoriepäpuhtauksien pitoisuudet pn-liitoksen alueilla valitaan alueelle 10 17 -10 18 cm -3 .

Suuremmilla pitoisuuksilla (10 18 -10 19 cm -3 ) tunnelointimekanismi aktivoituu jopa nollaa lähellä olevilla käänteisjännitteillä. Yleensä tässä tapauksessa ei puhuta "hajoamisesta", vaan yksinkertaisesti kaistanvälisestä varaussiirrosta. Tällaisten parametrien rakenteiden pohjalta valmistettiin aiemmin ns. käänteisiä diodeja mikroaaltoelektroniikkaan, mutta ne ovat nyt pois käytöstä.

Rajapitoisuuksilla (10 19 cm -3 ja enemmän) puolijohdealueet ovat rappeutuneet . Tässä tapauksessa kaistanvälinen tunnelointi tulee mahdolliseksi paitsi käänteisessä, myös hyvin pienissä eteenpäin suuntautuvissa biaseissa, mikä johtaa tunnelidiodeissa käytetyn virta-jännite-käyrän epämonotonisuuteen .

Ero Zenerin ja lumivyöryjen välillä

Pn-liitoksen käänteisominaisuuden virran jyrkän kasvun osion läsnäolo ei aina liity tunnelin rikkoutumiseen. Tällainen käyttäytyminen voi myös olla vastuussa lumivyöryjen hajoamisesta , jossa kantajien lumivyöry lisääntyy tyhjennetyssä liitoskerroksessa: elektronit kiihdytetään sähkökentän avulla energiaan, joka riittää muodostamaan elektroni-aukko-pareja törmäyksissä kidehilan atomien kanssa. puolijohteita, tuottavat varauksenkuljettajia, ja ne puolestaan voivat myöhemmän kiihdytyksen aikana aiheuttaa uusia syntyvaiheita.

Zener-ilmiö ja lumivyöryefekti voivat toimia yhdessä - ja herää kysymys hallitsevasta mekanismista.

Voimakkaasti seostetuissa liitoksissa hajoamista havaitaan alle 5 V:n jännitteillä, ja se johtuu pääasiassa Zener-ilmiöstä. Kevyemmin seostetuissa risteyksissä, joissa ylijännite on hieman yli 5 V, rikkoutumisen aiheuttavat sekä lumivyöry- että tunnelimekanismit. Häiriö korkeammilla jännitteillä johtuu pääasiassa lumivyörymekanismista. Muutos hajoamismekanismissa riippuu tyhjennetyn kerroksen paksuudesta, joka riippuu seostusasteesta: mitä korkeampi se on, sitä kapeampi on kulunut kerros. Tunnelimekanismilla sähkökentän voimakkuus saavuttaa 3·10 6 V/cm.

Läpimurtojännitteen lämpötilakertoimen etumerkki riippuu läpilyöntimekanismista, lumivyöryssä läpilyönnissä läpilyöntijännite kasvaa lämpötilan noustessa, tunnelirikossa lämpötilan nousu laskee jännitettä. Noin 5,6 V:n läpilyöntijännitteellä molemmat läpilyöntimekanismit tapahtuvat suunnilleen yhtä suurella osuudella liitosvirtaa, ja läpilyöntijännite on käytännössä riippumaton lämpötilasta.

Muistiinpanot

↑ PN-liitoksen rikkoutumisominaisuudet . Circuits Tänään (25. elokuuta 2009). Haettu: 16. elokuuta 2011. (määrätön)