齊納崩潰與累增崩潰的差異:機制、雜質濃度、崩潰電壓、溫度係數比較
兩者都是對 PN 接面施加大逆向電壓時電流急遽增加的崩潰現象,但機制不同。齊納崩潰發生在雜質濃度高、空乏區非常薄的接面,價帶的電子以穿隧效應穿過而進入導帶。累增崩潰(雪崩崩潰)則是被強電場加速的載子以碰撞游離產生電子電洞對,並連鎖性地增加而發生。在矽中,崩潰電壓約 5 V 以下時以齊納崩潰為主,約 6 至 7 V 以上時以累增崩潰為主,兩者溫度係數的正負相反。
| 項目 | 齊納崩潰 | 累增崩潰 |
|---|---|---|
| 機制 | 穿隧效應。價帶的電子穿過薄能障移到導帶 | 碰撞游離。被電場加速的載子產生新的電子電洞對,並連鎖性地增加 |
| 接面的雜質濃度 | 兩側都非常高 | 至少一側較低。越低崩潰電壓越高 |
| 空乏區寬度 | 非常薄(約 10 nm 以下) | 寬。需要加速載子的距離 |
| 發生崩潰的電場(矽,參考值) | 約 10⁶ V/cm 的非常強電場 | 約 3×10⁵ V/cm 上下(隨雜質濃度而變) |
| 崩潰電壓(矽,參考值) | 約 5 V 以下。約 5 V 至約 6 至 7 V 之間兩者混合發生 | 約 6 至 7 V 以上。數百至數千 V 的高耐壓接面也由此崩潰決定 |
| 崩潰電壓的溫度係數 | 負。溫度上升時能隙縮小,崩潰電壓下降 | 正。溫度上升時晶格振動造成的散射增加,崩潰電壓上升 |
| 崩潰的上升特性 | 較為平緩 | 陡峭 |
| 雜訊 | 較小 | 伴隨累增倍增的雜訊大 |
| 主要用途 | 約 5 V 以下的定電壓二極體、低電壓的參考電壓或箝位 | 約 6 V 以上的定電壓二極體、突波吸收用二極體、累增光二極體、SPAD |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。