Diferencia entre el desglose Zener y la avalancha

La descomposición de Zener y la descomposición de avalanchas son procesos que hacen que las corrientes inversas fluyan a través de p-n Uniones en diodos cuando se aplican grandes voltajes de polarización inversa.

Antecedentes de la descomposición de Zener y la descomposición de la avalancha

los pag-norte Cruce Bajo Equilibrio

UNA p-n unión consiste en un pag-escriba semiconductor en contacto con un norte-tipo semiconductor. Cuando se ponen en contacto, los electrones y los agujeros se difunden desde el lado que están más concentrados hacia el lado que están menos concentrados. Este flujo de portadores mayoritarios debido a un gradiente de concentración se denomina corriente de difusion.

La mayoría de los transportistas en el norte lado son los electrones, y por lo tanto estos se difunden a través de la pag lado, dejando el norte lado cargado positivamente. Del mismo modo los agujeros, que son portadores mayoritarios de la pag lado, difuso a través de la norte lado, dejando el pag Lado con una carga negativa. Estas regiones cargadas forman la región de carga espacial (o la region de agotamiento).

Eventualmente, las regiones cargadas dan lugar a un campo eléctrico, que actúa como una barrera potencial para la corriente de difusión. Este campo eléctrico también arrastra a los portadores minoritarios a través de la región de carga espacial, es decir. electrones de la pag lado a norte lado, y agujeros de norte lado a pag lado. Este flujo de portadores minoritarios se llama corriente de deriva, y está en la dirección opuesta a la de la corriente de difusión. Se establece un equilibrio, donde la corriente de deriva es igual a la corriente de difusión, haciendo que red flujo de corriente a través de la unión cero.

Figura 1: La unión p-n en equilibrio; Arriba: Las bandas de energía, Medio: Esquemático, Abajo: Direcciones

los pag-norte Cruce bajo Bies Adelante

UNA pag-norte La unión está en polarización directa cuando se aplica un voltaje a través de la pag-norte unión externa, con el pag lado conectado al potencial más positivo que el norte lado. La conexión en polarización directa reduce la barrera potencial a la corriente de difusión y también reduce el ancho de la carga de espacio. La corriente de difusión aumenta sustancialmente como resultado de la barrera de potencial reducido. La corriente de deriva, sin embargo, se mantiene prácticamente sin cambios. El resultado global es una corriente neta que fluye desde pag lado a norte lado.

A medida que aumenta la tensión directa en el diodo, la corriente aumenta exponencialmente. A voltajes delanteros muy altos, la corriente directa se satura, y los efectos de calentamiento pueden hacer que el diodo se rompa.

Figura 2: La unión p-n en sesgo directo 

los pag-norte Cruce bajo sesgo inverso

los pag-norte La unión está en polarización inversa cuando se aplica voltaje a través de la unión, con la norte El lado está conectado al potencial más positivo. Aquí, la barrera potencial a la corriente de difusión y el ancho de carga espacial se incrementan. Como la barrera potencial es ahora grande, la corriente de difusión cae. La corriente de deriva no cambia significativamente. El resultado global es una pequeña corriente neta que fluye desde norte lado a pag lado, que se llama el corriente de saturación inversa (). El aumento de la tensión inversa a través de la unión no causa ningún cambio en la corriente hasta que, a grandes voltajes inversos, los procesos de descomposición de Zener y avalancha causan que fluyan grandes corrientes inversas.

Figura 3: La unión p-n bajo sesgo inverso

Para un diodo típico, estos efectos se resumen en el siguiente gráfico de corriente vs. voltaje:

Figura 4: Gráfico de corriente vs. voltaje para un diodo ideal

Descompostura

Los diodos solo permiten que una corriente considerable fluya cuando están conectados en polarización directa. Por lo tanto, pueden usarse para asegurar que la corriente en un circuito fluya a lo largo de una dirección dada. Por ejemplo, los diodos se pueden usar para convertir la corriente alterna en corriente continua. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, una gran tensión inversa puede hacer que fluyan corrientes inversas. Esto se conoce como Descompostura, y puede tener lugar como "desglose Zener" o como "desglose por avalancha". Las diferencias entre los dos tipos de desglose se describen a continuación..

Desglose Zener

En la descomposición de Zener, los electrones “hacen un túnel” desde la banda de valencia de pag lado a la banda de conducción en el norte lado. En la física clásica, los electrones no deberían haberse cruzado de esta manera. La tunelización es, de hecho, un fenómeno mecánico cuántico, que se produce a partir de electrones que tienen propiedades de onda..

La probabilidad de que un electrón atraviese un túnel es mayor cuando la región de carga espacial es más estrecha y cuando el campo eléctrico es más grande. Normalmente, la descomposición de Zener se produce cuando los materiales utilizados para construir el pag-norte La unión está fuertemente dopada. En estas uniones, debido al fuerte dopaje, la región de carga espacial es bastante estrecha incluso cuando la unión está bajo polarización inversa.

Figura 5: Desglose Zener

Desglose de la avalancha

En la descomposición de la avalancha, los portadores de carga en la región de carga espacial ganan tanta energía cinética al ser un campo eléctrico acelerado que pueden colisionar con átomos de la red y alejar los electrones de los electrones, creando pares de agujeros de electrones. Esto también se conoce como ionización de impacto. Estos electrones y agujeros recientemente separados también son acelerados por el campo eléctrico, dándoles grandes cantidades de energía cinética. Mientras tanto, los portadores de carga originales, que perdieron energía durante la colisión, también se aceleran. En consecuencia, tanto los portadores de carga originales como los recientemente separados ahora tienen la capacidad de causar ionización por impacto. El proceso se denomina desglose por “avalancha” porque, con cada colisión, cada vez más portadores de carga están disponibles para causar futuras ionizaciones de impacto..

En términos de bandas de energía, la energía cinética del portador de carga entrante debe ser mayor que la "brecha" de energía entre las bandas de conducción y de valencia para que se produzca la ionización por impacto. Luego, una vez que se produce la colisión y se forma el par de orificios de electrones, este electrón y el orificio se encuentran esencialmente en las bandas de conducción y de inclinación respectivamente.

Figura 6: Desglose de la avalancha. El diagrama solo muestra agujeros altamente energéticos creando pares de agujeros de electrones. Mientras tanto, los electrones también se acelerarían y crearían aún más pares de agujeros de electrones a través de colisiones con átomos de celosía..

Para la mayoría de los diodos, el efecto dominante es la descomposición de la avalancha. Para un diodo dado, el efecto dominante está determinado por el material utilizado para construir la unión y también por el nivel de dopaje.

Diferencia entre el desglose Zener y la avalancha

• La descomposición de Zener y la descomposición de avalanchas son procesos mediante los cuales los diodos comienzan a conducir corrientes significativas, cuando están sujetos a un alto voltaje inverso..

• La ruptura de Zener ocurre cuando los niveles de dopaje son altos, e involucra electrones que se canalizan desde la banda de valencia de la banda de valencia. pag lado a la banda de conducción en el norte lado.

• La descomposición de la avalancha se produce cuando los portadores de carga que son acelerados por el campo eléctrico obtienen suficiente energía cinética, de modo que, cuando chocan con los átomos de la red, ionizan los átomos de la red para producir pares de iones de electrones. Estos pares, a su vez, causan más ionizaciones, lo que lleva a un efecto de "avalancha".

Referencias

Grove, A. (1967). Física y Tecnología de Dispositivos Semiconductores. John Wiley & Sons.

Neamen, D. A. (2012). Física y Dispositivos de Semiconductores: Principios Básicos (4ª ed.). McGraw-Hil.

Ng, K. K. (2002). Guía completa de dispositivos semiconductores (2ª ed.). Wiley-IEEE Press.

Walker, J. (2014). Fundamentos de la física Halliday & Resnick (10ª ed.). Wiley.