ツェナー降伏とアバランシェ降伏の違い：しくみ・不純物濃度・降伏電圧・温度係数を比較
どちらもPN接合に大きな逆電圧を加えたときに電流が急に増える降伏現象ですが、しくみが違います。ツェナー降伏は、不純物濃度が高く空乏層が非常に薄い接合で、価電子帯の電子がトンネル効果で伝導帯へ通り抜けて起こります。アバランシェ降伏(なだれ降伏)は、強い電界で加速されたキャリアが衝突電離で電子・正孔対をつくり、それが連鎖的に増えて起こります。シリコンでは降伏電圧が約5 V以下ならツェナー降伏、約6〜7 V以上ならアバランシェ降伏が主で、温度係数の符号が逆になります。
| 項目 | ツェナー降伏 | アバランシェ降伏 |
|---|---|---|
| しくみ | トンネル効果。価電子帯の電子が薄い障壁を通り抜けて伝導帯へ移る | 衝突電離。電界で加速されたキャリアが新しい電子・正孔対をつくり、連鎖的に増える |
| 接合の不純物濃度 | 両側とも非常に高い | 少なくとも片側が低い。低いほど降伏電圧が高くなる |
| 空乏層の幅 | 非常に薄い(約10 nm以下) | 広い。キャリアを加速する距離が必要 |
| 降伏が起きる電界(シリコン、目安) | 約10⁶ V/cm程度の非常に強い電界 | 約3×10⁵ V/cm前後(不純物濃度で変わる) |
| 降伏電圧(シリコン、目安) | 約5 V以下。約5 Vから約6〜7 Vの間は両方が混ざって起こる | 約6〜7 V以上。数百〜数千 Vの高耐圧の接合もこの降伏で決まる |
| 降伏電圧の温度係数 | 負。温度が上がるとバンドギャップが縮み、降伏電圧が下がる | 正。温度が上がると格子振動による散乱が増え、降伏電圧が上がる |
| 降伏の立ち上がり | 比較的ゆるやか | 急峻 |
| 雑音 | 比較的小さい | なだれ増倍にともなう雑音が大きい |
| 主な用途 | 約5 V以下の定電圧ダイオード、低い電圧の基準やクランプ | 約6 V以上の定電圧ダイオード、サージ吸収用のダイオード、アバランシェフォトダイオード、SPAD |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。