电子学中,齐纳效应(英语:Zener effect),又称齐纳崩溃(英语:Zener breakdown)其是一种电击穿。当一个pn接面中的反向偏置太大,使大量自由载流子得以从半导体价带穿隧导带的时候,就会出现这种情况,具体的表现是迅速暴增的反向电流[1][2]

二极管电流-电压特性曲线(横轴是电压,纵轴是电流),其中曲线在反向偏置下(第三象限)出现两个分叉,右侧分叉是齐纳效应。

齐纳效应是由美国物理学家克拉伦斯·齐纳发现;这个现象后来被是运用在齐纳二极管之中,它具有稳定电压的功能。

机制

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在强劲的反向偏置下,pn接面的耗尽区变宽,导致接面上产生高强度电场[3]。电场如果够强,就能让电子穿越的耗尽区,产生大量的自由载流子,这导致反向电流暴增。根据发现,齐纳效应发生时,电场强度大约是3×107 V/m[来源请求]。在齐纳效应发生后,齐纳二极管电流-电压曲线的斜率很大(也就是电导很大)。

与雪崩击穿的关系

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齐纳效应跟雪崩击穿不同。雪崩击穿发生时,耗尽区中的载流子一样会被电场加速;但与齐纳效应不同的是,雪崩击穿时,电子的能量足以借由碰撞原子中的束缚电子,来释放电子空穴对(此过程称为碰撞游离英语impact ionization)。齐纳效应和雪崩击穿可能同时发生,也可能各自发生而不相关。

对pn接面二极管来说,发生在反向偏置5伏特以下的电击穿通常是由齐纳效应引起的,而发生在5伏特以上的话,则是由雪崩击穿引起的[4]。而如果是接近5伏特的时候发生,通常是这两种效应的某种组合引起的。

在重度掺杂(中度掺杂的p型半导体中度和重度掺杂的n型半导体)的接面中,耗尽层较狭窄,倾向发生齐纳效应[3]。当接面是由轻度掺杂半导体组成,耗尽层较宽时,倾向发生雪崩击穿。如果接面温度升高,会增加齐纳效应对击穿的贡献,同时降低雪崩击穿的贡献。[来源请求]

参考文献

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内文引注

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  1. ^ PN junction breakdown characteristics. Circuits Today. 2009-08-25 [2024-01-19] (英语). 
  2. ^ Lutz 1999,第51页.
  3. ^ 3.0 3.1 Jones, R. Victor. Zener and Avalanche Breakdown/Diodes. School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University. 2001-10-18. (原始内容存档于2017-06-10) (英语). 
  4. ^ Fair, R.B.; Wivell, H.W. Zener and avalanche breakdown in As-implanted low-voltage Si n-p junctions. IEEE Transactions on Electron Devices. May 1976, 23 (5): 512–518. ISSN 1557-9646. S2CID 12322965. doi:10.1109/T-ED.1976.18438 (英语). 

来源

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