私たちが知っているように、PN接合ダイオードは順方向と逆方向の両方のバイアスモードで動作できます。ツェナー ダイオードは、逆バイアス状態で適切に動作するタイプのダイオードです。逆バイアス状態では、ツェナー降伏とアバランシェ降伏の両方が発生します。操作の性質は、ツェナーとアバランチ ブレークダウンでは大きく異なります。
印加電圧がしきい値電圧よりも大きい場合、順方向にバイアスされた状態 (バリア ポテンシャルとも呼ばれます) でフロー チャージ キャリアの電流の流れが見られる場合があります。逆バイアス状態での主な電流の流れは、少数電荷キャリアによるものです。この飽和電流は特定の電圧まで変化しません。ただし、特定の電圧制限の後、逆方向の電流の流れに気付きます。この領域はブレークダウン領域と呼ばれ、適用される電位はブレークダウン ポテンシャルと呼ばれます。雪崩効果はこの現象の名前です。
ツェナーブレイクダウンと雪崩ブレイクダウン
まず、雪崩降伏とツェナー降伏を別々に定義してから、ツェナー降伏と雪崩降伏に移ります。
なだれブレイクダウンとは?
私たちが知っているように、現在の逆バイアス状態は主に少数電荷キャリアによるものです。空乏領域の幅は、印加電圧が上昇するにつれて広がり、空乏領域内により多くの静止荷電キャリアが生じます。不動の電荷キャリアが増加した結果、空乏ゾーンに強い電界が発生し、空乏領域に存在する少数電荷キャリアが加速され、空乏領域をトンネルできるようになります。
加速された電荷キャリアは、存在する原子と衝突し、印加電圧がブレークダウン ゾーンまたはブレークダウン ポテンシャルを超えると、価電子を破壊するのに十分な運動エネルギーを蓄積します。衝突の結果、2 つの自由電子が生成されます。これらの 2 つの自由電子は、追加の原子と衝突する可能性があり、その結果、4 つの自由電子が生じます。この衝突は続く可能性があり、その結果、空乏領域の電荷キャリアが大幅に増加します。電荷キャリアが追加された結果、逆方向飽和電流が急激に増加します。
アバランシェ効果はアバランシェ効果が現れる電圧にちなんで名付けられ、降伏電圧はアバランシェ効果が現れる電圧です。衝突電離はなだれ降伏効果を引き起こします。
ツェナーブレイクダウンとは?
機器を損傷から保護するために、通常のダイオードではこの動作領域を避ける必要があります。たとえば、ツェナー ダイオードは、このゾーンで動作するように特別に開発された独自のタイプのダイオードです。ツェナー ダイオードは、逆バイアス状態で機能する PN 接合ダイオードの一種です。ただし、ツェナー ダイオードのブレークダウン動作は、アバランシェ ブレークダウンの動作とは異なります。この内訳はツェナー内訳として知られています。
ツェナー ダイオードの P および n 領域は、従来の PN 接合ダイオードとは異なり、広範囲にドープされています。つまり、ツェナー ダイオードの不純物原子の数は、通常の PN 接合ダイオードよりも多くなります。大きな不純物電荷キャリアが存在するため、膨大な数の自由電荷キャリアが存在します。空乏領域の幅は、実質的なドーピングの結果として狭くなり、非常に強い電界が生じます。強い電界の結果、多くの自由電子が生成され、空乏領域を容易にトンネルできるため、逆飽和電流が発生します。
この現象をツェナー降伏効果と呼び、発生する電圧をツェナー降伏電圧と呼びます。これが、ツェナーとなだれの内訳の主な違いであり、ツェナーとなだれの内訳を簡単に比較できるようになりました。
雪崩とツェナー降伏の違い
ツェナーとなだれ降伏の違いを定義することから始めましょう。ツェナーと雪崩の内訳が異なるいくつかの領域を以下に示します。この質問は、ツェナーとアバランシェの降伏メカニズムを区別するために提起されることもあります。とはいえ、返信中に混乱してはいけません。
これらは、雪崩とツェナー降伏の重要な違いです。
分解メカニズム
pn 接合の逆バイアスが増加すると、接続が破壊され、逆電流が直列の外部抵抗によってのみ制限される大きさまで急速に上昇します。逆バイアス電圧のブレークダウン電圧は特定の値 (vz) です。ブレークダウン後、逆電流を少し増やします。空乏層の厚さによって耐圧が決まります。空乏層の幅は、ドーピングレベルによって決まります。この投稿の助けを借りて、ツェナー ブレークダウンとアバランシェ ブレークダウン メカニズムの概念を、基本的なエレクトロニクス ノートとして詳細に説明しようとしました。
内訳特性グラフ
下の画像は、アバランチとツェナーの内訳をグラフィカルに示しています。
図：内訳特性
結論
ツェナー効果は、クラレンス メルビン ツェナーによって発見された電気的破壊の一形態であり、適切に呼ばれるツェナー ダイオードで最も顕著に使用されます。これは、電界によって電子が半導体の価電子帯から伝導帯にトンネリングするときに、逆バイアスされた p-n ダイオードで発生し、その結果、逆電流のスパイクを引き起こす多数の自由な少数キャリアが発生します。
