Efect Zener
Efectul Zener , defalcarea tunelului - fenomenul unei creșteri bruște a curentului printr-o joncțiune pn polarizată invers , datorită efectului de tunel , adică „scurgerea” mecanică cuantică a electronilor printr-o barieră de potențial îngustă formată de banda interzisă de un semiconductor. Își găsește aplicație în diodele zener și o serie de alte dispozitive.
Esența fizică a efectului
Cu o polarizare inversă a tranziției, are loc o suprapunere a benzilor de energie, în care marginea benzii de valență a regiunii p este situată în energie deasupra marginii benzii de conducere a regiunii n (vezi figura), așa cum rezultat al căruia electronii pot trece (tunel) din banda de valență a regiunii p la banda de conducere n-regiunea.
Pentru ca probabilitatea de trecere în tunel a electronilor să fie apreciabilă, este necesară doparea suficient de puternică a regiunilor semiconductoare (pentru siliciu , aproximativ 10 17 cm -3 și mai mare).
Probabilitatea transferului de tunel este, de asemenea, foarte dependentă de intensitatea câmpului electric din stratul de joncțiune epuizat, astfel încât curentul va crește rapid odată cu creșterea tensiunii polarității corespunzătoare („+” pe regiunea n) [1] .
Poate fi necesar să se limiteze curentul în circuite pentru a evita distrugerea probei.
Aparate
Fenomenul de defalcare a tunelului este utilizat în diodele zener . Tensiunile tipice la care curge un curent de defectare de lucru prin mecanismul Zener sunt de câțiva volți. Pentru aceasta, concentraţiile de impurităţi donor şi acceptor din regiunile joncţiunii pn sunt alese în intervalul 1017-1018 cm - 3 .
La concentrații mai mari (10 18 -10 19 cm -3 ) mecanismul de tunel este activat chiar și la tensiuni inverse apropiate de zero. De obicei, în acest caz nu se vorbește despre „defecțiune”, ci pur și simplu despre transportul de încărcare interbandă. Pe baza unor structuri cu astfel de parametri, așa-numitele diode inversate pentru electronica cu microunde au fost fabricate anterior, dar acum nu mai sunt folosite.
La concentrații limită (10 19 cm -3 și mai sus), regiunile semiconductoare sunt degenerate . În acest caz, tunelarea interbandă devine posibilă nu numai în sens invers, ci și la polarizări directe foarte mici, ceea ce duce la nemonotonitatea curbei curent-tensiune utilizată în diodele tunel .
Diferența dintre Zener și defalcarea avalanșelor
Prezența unei secțiuni de creștere bruscă a curentului pe caracteristica inversă a joncțiunii pn nu este întotdeauna asociată cu defalcarea tunelului. Un astfel de comportament poate fi, de asemenea, responsabil pentru defalcarea avalanșei , în care înmulțirea purtătorilor în avalanșă are loc în stratul de joncțiune epuizat: electroni accelerați de un câmp electric la o energie suficientă pentru a genera perechi electron-gaură, în ciocniri cu atomii rețelei cristaline a unui semiconductori, generează purtători de sarcină, iar cei, la rândul lor, în timpul accelerației ulterioare pot provoca noi acte de generare.
Efectul Zener și efectul de avalanșă pot funcționa împreună - și se pune întrebarea despre mecanismul dominant.
În joncțiunile puternic dopate, defalcarea este observată la tensiuni sub 5 V și se datorează în principal efectului Zener. În joncțiunile mai ușor dopate, cu o tensiune de supratensiune puțin peste 5 V, defecțiunea este cauzată atât de mecanisme de avalanșă, cât și de tunel. Defectarea la tensiuni mai mari este cauzată în principal de mecanismul de avalanșă. Modificarea mecanismului de defalcare depinde de grosimea stratului epuizat, care depinde de gradul de dopaj: cu cât este mai mare, cu atât stratul epuizat este mai îngust. Cu mecanismul tunel, intensitatea câmpului electric ajunge la 3·10 6 V/cm.
Semnul coeficientului de temperatură al tensiunii de avarie depinde de mecanismul de avarie; în cazul unei avarii de avalanșă, tensiunea de avarie crește odată cu creșterea temperaturii; într-o defecțiune a tunelului, o creștere a temperaturii reduce tensiunea. La o tensiune de avarie de aproximativ 5,6 V, ambele mecanisme de defectare au loc cu o contribuție aproximativ egală la curentul de joncțiune, iar tensiunea de defalcare este practic independentă de temperatură.
Note
- ↑ Caracteristicile de defectare a joncțiunii PN . Circuits Today (25 august 2009). Preluat: 16 august 2011.