齐纳击穿

物理现象

当PN结的掺杂浓度很高时，阻挡层就十分薄。这种阻挡层特别薄的PN结，只要加上不大的反向电压，阻挡层内部的电场强度就可达到非常高的数值。这种很强的电场强度可以把阻挡层内中性原子的价电子直接从共价键中拉出来，变为自由电子，同时产生空穴，这个过程称为场致激发。由场致激发而产生大量的载流子，使PN结的反向电流剧增，呈现反向击穿现象。这种击穿通常称为齐纳击穿。齐纳击穿发生在掺杂浓度很高的PN结上，同时在此较低的外加电压时就会出现这种击穿。

齐纳击穿由来

C·M·齐纳(1905-1993)，美国物理学家。他研究了半导体PN结的击穿理论，发现除雪崩击穿(电子碰撞引起的击穿，硅器件击穿电压6V以上的比较明显)还有一种场效应引起的击穿，称为齐纳击穿(硅器件击穿电压6V以下的比较明显)，当环境温度增高使空间电荷区变窄，碰撞机会减少，雪崩效应减弱，击穿电压就要增高，但由电压引起的场效应增强，所以由齐纳效应引起的击穿电压就会减小，6V左右时两种效应互补，温度对击穿电压的影响最弱，故这时稳压管稳压值的温度系数最小。因为最初是由齐纳提出来解释电介质击穿现象的，故叫齐纳击穿

齐纳击穿简介

当反向电压增大到一定程度时，空间电荷区内就会建立一个很强的电场。这个强电场能把价电子从共价键中拉出来，从而在空间电荷区产生大量电子-空穴对。这些电子-空穴对产生后，空穴被强电场驱到P区，电子被强电场驱到N区，使反向电流猛增。这种由于强电场的作用，直接产生大量电子-空穴对而使反向电流剧增的现象叫做齐纳击穿。

齐纳击穿常发生在掺杂浓度比较高的PN结中，因为此时空间电荷层比较薄，一个很小的反向电压就可以在空间电荷区内建立一个很强的电场(通常高达108V/cm)。

当温度升高时，电子热运动加剧，较小的反向电压就能把价电子从共价键中拉出来，所以温度上升时，击穿电压下降，也就是说，齐纳击穿具有负的温度系数。

特点

齐纳或隧道击穿主要取决于空间电荷区中的最大电场，而在碰撞电离机构中既与场强大小有关，也与载流子的碰撞累积过程有关。显然空间电荷区愈宽，倍增次数愈多，因此雪崩击穿除与电场有关外，还与空间电荷区的宽度有关。它要求结厚。而隧道效应要求结薄。

因为雪崩击穿是碰撞电离的结果。如果我们以光照或是快速粒子轰击等办法，增加空间电荷区中的电子和空穴，它们同样会有倍增效应。而上述外界作用对齐纳击穿则不会有明显影响。

由隧道效应决定的击穿电压，其温度系数是负的，即击穿电压随温度升高而减小，这是由于温度升高禁带宽度减小的结果。而由雪崩倍增决定的击穿电压，由于碰撞电离率(电离率表示一个载流子在电场作用下漂移单位距离所产生的电子空穴对数目)随温度升高而减小，其温度系数是正的，即击穿电压随温度升高而增加。

对于掺杂浓度较高势垒较薄的PN结，主要是齐纳击穿。掺杂较低因而势垒较宽的PN结，主要是雪崩击穿，而且击穿电压比较高。

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