为什么PN结的雪崩击穿和齐纳击穿在温度升高的情况下,击穿电压变化方向相反?
PN结是半导体器件中最基本的组成部件之一,广泛应用于电力、电信、信息处理等领域。PN结的雪崩击穿和齐纳击穿是PN结失效的两种主要形式,它们在温度升高的情况下,击穿电压变化方向相反。下面我们来详细探讨一下它们的原理和机理。
PN结的基本原理
PN结是由n型半导体和p型半导体组成的器件,其中n型半导体具有多余电子,p型半导体具有多余空穴,两者结合后生成的PN结在界面处形成带电区域,其中电子从n型半导体浓度高处向p型半导体低处扩散,减少了p型半导体空穴的浓度,形成了负电荷;同样地,空穴从p型半导体浓度高处向n型半导体低处扩散,减少了n型半导体电子的浓度,形成了正电荷。在带电区域内,电子和空穴重组释放出能量,产生电场,形成了PN结电势垒。在零偏值情况下,PN结中无电流通过,称为反向偏置;当外加电压的极性与电场相同时,电子和空穴的扩散方向相反,带电区域加深,电势垒增加,阻止电流通过,称为正向偏置。
PN结的雪崩击穿
PN结的雪崩击穿是指当电压从零偏置状态向正向偏置状态增加时,PN结电势垒减小,外加电场增强,电子被加速进入p区,空穴被加速进入n区,达到足够的动能后与离子相撞而产生新的自由电子和空穴,加速后继续与离子撞击,自由电子和空穴不断增多,带电区域瞬间扩大,形成通道,发生击穿流,PN结失效。
雪崩击穿的击穿电压与温度升高的关系
PN结的雪崩击穿电压与温度升高的关系是复杂的。由于温度升高会导致PN结内载流子的浓度、迁移率和碰撞概率的变化,从而影响电压-电流特性。一般来说,随着温度升高,载流子浓度增加,迁移率降低,碰撞概率增大,电动力下降,电势垒减小,击穿电压降低。但同时,由于碰撞概率的增大,雪崩电离的几率也增大,从而导致击穿电压的上升。因此,在不同条件下,PN结的雪崩击穿电压的变化方向是不一样的。
PN结的齐纳击穿
PN结的齐纳击穿是指当PN结反向偏置电压继续增大时,受到电势垒的拦截,不能再进一步地加速,而空穴和电子的迁移模式转变为热发射,热电子和热空穴从电势垒两侧分别穿过电势垒,形成了电荷载流子,进而产生击穿流,PN结失效。
齐纳击穿的击穿电压与温度升高的关系
齐纳击穿与雪崩击穿不同,击穿电压随温度升高的变化方向也不同。随着温度升高,载流子浓度增加,电动力也增加,电场强度随之上升,增加了电子穿越电势垒的能力,齐纳击穿电压随之上升。
PN结的温度对击穿特性的影响是复杂的,并不是单一的因素决定的。正因为如此,设计PN结时需要兼顾温度和电压对器件的影响。当环境温度上升或电压升高时,PN结的击穿电压可能会上升或下降,需要合理选择电压级别、材料、工艺等参数,以充分发挥PN结的性能。
-
半导体
+关注
关注
334文章
27320浏览量
218317 -
击穿电压
+关注
关注
1文章
59浏览量
9002
发布评论请先 登录
相关推荐
评论