Zener hatás
Zener-effektus , alagúttörés - az a jelenség, amikor az áramerősség élesen megnövekszik egy fordított torzítású pn átmeneten keresztül , az alagúthatás miatt , vagyis az elektronok kvantummechanikai "szivárgása" a tiltott sáv által alkotott keskeny potenciálgáton keresztül. egy félvezető. Zener diódákban és számos más eszközben is alkalmazható.
A hatás fizikai lényege
Az átmenet fordított torzítása esetén energiasávok átfedése következik be, amelyben a p-régió vegyértéksávjának éle az n-régió vezetési sávjának széle feletti energiában helyezkedik el (lásd az ábrát), mivel aminek eredményeként az elektronok átjuthatnak (alagút) a p-régió vegyértéksávjából a vezetési sáv n-régiójába.
Ahhoz , hogy az elektronok alagútban való áthaladásának valószínűsége észrevehető legyen, a félvezető régiók meglehetősen erős adalékolása szükséges ( szilícium esetében kb. 10 17 cm -3 és nagyobb).
Az alagút átvitel valószínűsége nagymértékben függ az elektromos térerősségtől is a kimerült csomóponti rétegben, így az áram a megfelelő polaritású feszültség növekedésével gyorsan növekszik (n-régión „+”) [1] .
Szükséges lehet az áramköri áram korlátozása a minta tönkremenetelének elkerülése érdekében.
Készülékek
A Zener diódákban az alagút leállás jelenségét használják . Azok a tipikus feszültségek, amelyeken a Zener-mechanizmuson áthaladó üzemi leállási áram több volt. Ehhez a pn átmenet tartományaiban a dopping donor és akceptor szennyeződések koncentrációját 10 17 -10 18 cm -3 tartományban választjuk meg .
Nagyobb koncentrációknál (10 18 -10 19 cm -3 ) az alagút mechanizmus még nullához közeli fordított feszültségeknél is működésbe lép. Általában ebben az esetben nem "lebontásról" beszélünk, hanem egyszerűen sávközi töltésszállításról. Ilyen paraméterű szerkezetek alapján korábban gyártották a mikrohullámú elektronikai ún. fordított diódákat , amelyek mára használaton kívül vannak.
Határ koncentrációknál (10 19 cm -3 és afölött) a félvezető régiók degenerálódnak . Ebben az esetben a sávközi alagút nem csak fordított, hanem nagyon kis előretoltság esetén is lehetővé válik, ami az alagútdiódákban használt áram-feszültség görbe nem monotonitásához vezet .
A Zener és a lavinabontás közötti különbség
A pn átmenet inverz karakterisztikáján az áramerősség-növekedés szakaszának jelenléte nem mindig jár együtt az alagút meghibásodásával. Ez a viselkedés a lavina letöréséért is felelős lehet , amelyben a hordozók lavina megsokszorozódása következik be a kimerült csomóponti rétegben: az elektronok elektromos tér hatására olyan energiára gyorsulnak fel, amely elegendő elektron-lyuk párok létrehozásához, ütközés esetén a kristályrács atomjaival. félvezetők, töltéshordozókat generálnak, ezek pedig a későbbi gyorsítás során újabb generálási aktusokat idézhetnek elő.
A Zener-effektus és a lavina-effektus együtt tud működni – és felmerül a kérdés a domináns mechanizmussal kapcsolatban.
Erősen adalékolt csomópontokban 5 V alatti feszültségnél törés figyelhető meg, és főként a Zener-effektusnak köszönhető. Enyhébben adalékolt csomópontokban, ahol a túlfeszültség valamivel meghaladja az 5 V-ot, a leállást lavina- és alagútmechanizmusok egyaránt okozzák. A nagyobb feszültségeknél a leállást főként a lavina mechanizmus okozza. A lebontási mechanizmus változása a kimerült réteg vastagságától függ, ami az adalékolás mértékétől függ: minél magasabb, annál keskenyebb a kimerült réteg. Az alagútszerkezettel az elektromos térerősség eléri a 3·10 6 V/cm-t.
Az áttörési feszültség hőmérsékleti együtthatójának előjele a letörési mechanizmustól függ, lavinatörés esetén a hőmérséklet emelkedésével nő a letörési feszültség, alagúttörésnél a hőmérséklet emelkedése csökkenti a feszültséget. Körülbelül 5,6 V áttörési feszültségnél mindkét letörési mechanizmus megközelítőleg azonos hozzájárulással megy végbe a csatlakozási áramhoz, és a letörési feszültség gyakorlatilag független a hőmérséklettől.
Jegyzetek
- ↑ A PN átmenet áttörési jellemzői . Circuits Today (2009. augusztus 25.). Letöltve: 2011. augusztus 16.