理解二极管的击穿电压

关键的外卖

• 二极管最基本的半导体元件在电子展览整流行为。

• 二极管的电特性依赖于半导体材料用于创建组件。

• 二极管的反向击穿电压是一个电性质在很大程度上依赖于掺杂和半导体材料属性。

这是如何计算二极管的击穿电压这样简单的pn二极管。

现代电子产品不可能没有半导体,一个最基本的半导体器件是二极管。谁还记得101年电子类应该记住一个二极管的功能:强迫电流在一个方向流动。然而,所有二极管击穿电压,超过这个二极管将允许电流相反的方向(从阴极到阳极)。这是非常重要的在某些应用程序(如桥整流,ESD保护、电压调整,等等。

现在的问题是,二极管可以驱动的逆转多高偏差故障发生之前?如果你是一个组件设计器或您正在构建一个系统接口与其他组件在一个独特的信号标准,二极管的击穿电压变得相当重要。出现的击穿电压和它对你意味着什么组件。

二极管的击穿电压方程

展览所有二极管整流驱动的正向偏压时,他们表现出故障时的行为在反向偏压的高压驱动的。在高反向偏压,确切的机制,创建故障和驱动电流是不同的在不同的二极管(pn二极管、Schottkey或齐纳)。当看方程描述二极管电流,正向电流是;造成的反向电流击穿二极管不存在在这个方程。

因此,公平地问,二极管的击穿电压是多少?答案通常是发现在数据表,但这个值怎么计算?不幸的是,没有单一故障方程的二极管是适用于所有设备。有几个因素决定一个半导体二极管的击穿电压:

• 物理机制:两个不同的物理机制主导不同的二极管:雪崩和隧道。机制都可以同时发生故障期间但只有一个机制占主导地位。

• 掺杂分布:掺杂物的分布以及任何二极管击穿电压会影响评分。

• 几何和结构:二极管的几何形状影响场分布,特别是边缘附近的二极管。

因为准确的击穿电压将取决于这些复杂的因素,没有单一的适用于所有二极管的击穿电压公式。然而,也有一些实证结果,从量子力学的一个重要的方程,可以帮助您理解二极管的击穿电压。

雪崩击穿

在载体密度低,雪崩击穿的主导机制驱动大电流高反向偏置电压。在这里,没有特定的二极管的击穿电压,尽管有一个关系当前和反向偏压的外加电压。这是制定作为一个倍增系数和总电流的乘积因子和饱和电流。

乘法因子雪崩击穿二极管。

在上面的方程中,n范围从2到6。载体密度高,量子隧穿成为占主导地位的管理通过二极管电荷传输机制。这种类型的交通在反向偏压被称为隧道崩溃。

隧道击穿

隧道总是发生在电荷载体(电子)遇到一个潜在的障碍,如p型和n型区域之间的障碍一个齐纳二极管。一旦载体浓度半导体异质结超过~ 10¹⁷厘米³,隧道将成为占主导地位的破坏机制。在这里,你可以计算出隧道电流的应用电压,但是没有具体的击穿电压。通过计算结的隧穿概率作为掺杂分布的函数可以计算跨异质结的电流密度与下面的方程。

穿隧电流由于二极管的击穿。

这些符号的定义可以发现在许多半导体器件的教科书。注意,势能在结V (x)取决于掺杂剖面和外加电压,所以这个方程很好地捕获电荷载体在二极管的分布。因为这种类型的故障发生由于结地区载体浓度较高,击穿电压低于相应的雪崩击穿。

包括在香料模拟二极管击穿电压

基本电路模拟器并不总是包括电气模型二极管的击穿电压。正向电流方程通常是使用一个典型的理想因子和饱和电流的值。这是完成了标准二极管方程,数值可以被定义在简单的模拟电路模拟器。

香料模拟器采取不同的方法,使用一组标准的电气参数,全面描述任何二极管的行为。这些参数的值可以确定数据表或测量。这些电气参数包括:

• 饱和电流

• 寄生串联电阻

• 发射系数(范围从1到2)

• 渡越时间

• 零偏压结电容

• 内置电压结

• 结分级掺杂系数(线性评分0.33,0.5突然评分)

• 活化能

• 饱和电流温度指数

• 正向偏压损耗电容系数

• 反向击穿电压和电流

最好的SPICE-based电路模拟器将给你访问标准模型真正的二极管,如1 nxxxx二极管。这些模型文件包括预定义的电参数值。当创建一个组件模型不同的二极管,电气参数需要复制到从测量数据或数据仿真模型文件。这样做之后,模型可以被附加到一个新的标准组件模型模拟,如瞬态分析或参数扫描。在这些模型中,反向击穿电压是显式地包含和不需要直接使用上述方程计算。

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