反向击穿电压,是指二极管反向击穿时的电压值。反向击穿电压由齐纳击穿或雪崩击穿决定。
当反向电压逐渐增大时,反向饱和电流不变。但是当反向电压达到一定值时,PN结将被击穿。在PN结中加反向电压,如果反向电压过大,位于PN结中的载流子会拥有很大的动能,足以和中性粒子碰撞使中性粒子分离出价电子而产生空穴-电子对。
这样会导致PN结反向电流的急剧增大,发生PN结的击穿,因为被弹出的价电子又可能和其他中性粒子碰撞产生连锁反应,类似于雪崩,这样的反向击穿方式成为雪崩击穿(Avalanche breakdown)。
掺杂浓度越低所需电场越强。当掺杂浓度非常高时,在PN结两端加入弱电场就会使中性粒子中的价电子脱离原子的束缚,从而成为载流子。导致PN结的击穿。这样的击穿被称作齐纳击穿(Zener breakdown)。
掺杂浓度越高所需要的电场越弱。一般小于6V的电压引起的是齐纳击穿,大于6V的引起的是雪崩击穿。
齐纳击穿
当pn结反向偏置时,耗尽层延伸穿过pn结。电场造成耗尽层内p型区价带与n型区导带之间的间隙减小。因此,由于量子隧穿效应,电子从p型区价带隧穿到n型区导带。齐纳击穿是电子隧穿耗尽区导致反向电流突然增加的现象。齐纳击穿如图1.3所示。
雪崩击穿
当pn反向偏置时,少量电子通过pn结。这些电子在耗尽层被电场加速,获得较大动能。加速电子与晶格中的原子碰撞电离产生电子空穴。这些原子的电子被激发到导带并脱离,成为自由电子。自由电子也加速并与其他原子碰撞,产生更多的电子-空穴对,导致电子进一步脱离的过程。这种现象称为雪崩击穿。
雪崩击穿和齐纳击穿对比
高击穿电压二极管掺杂浓度低,因此形成宽耗尽层(禁带)。相反,低击穿电压二极管掺杂浓度高,所以它们形成窄耗尽层(禁带)。二极管耗尽层宽时,不太可能发生电子隧穿(齐纳击穿),主要为雪崩击穿。高掺杂浓度二极管耗尽层窄,更容易发生齐纳击穿。随着温度上升,禁带(Eg)宽度减小,从而产生齐纳效应。
此外,随着温度升高,半导体晶格振动增加,载流子迁移率相应下降。因此,不太可能发生雪崩击穿。齐纳击穿电压随温度升高减小,而雪崩击穿电压随温度升高增加。通常,大多数情况下,齐纳击穿电压约为6V以下,雪崩击穿电压约为6V以上。请注意,即使同一产品系列的二极管,温度特性也不一样。
反向击穿电压危害
二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增,二极管的单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。最高反向工作电压VBWM一般是VBR的一半。
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