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浅谈二极管雪崩效应

浅谈二极管雪崩效应
来源:网络整理 时间:2019-08-09

在强电场下,半导体中的载流子会被电场加热(见半导体中的热载流子),部分载流子可以获得足够高的能量,这些载流子有可能通过碰撞把能量传递给价带上的电子,使之发生电离,从而产生电子-空穴对,这种过程称为碰撞电离。所产生的电子空穴对,在电场中向相反方向运动,又被电场加热并产生新的电子空穴对。依此方式可以使载流子大量增殖,这种现象称为雪崩倍增效应。

上图图给出了室温下由实验测量得到的几种半导体中电子电离率和空穴电离率随电场强度的变化。电离率通常可用下列经验公式表示

α=A,

式中为电场强度和为常数。

半导体中的雪崩效应是引起pn结击穿的一种机制。加反向偏压的PN结,其空间电荷区内有很强的电场。在反向偏压足够高,空间电荷区内电场足够强时,热生载流子在通过强电场区时会产生雪崩倍增效应。于是反向电流会随反向电压迅速增加,这种现象称为雪崩击穿。对于硅、锗的PN结,当击穿电压大于6/时(是禁带宽度,是电子电荷),击穿由雪崩效应引起,而当击穿电压小于4/时,击穿由另一种效应,即隧道效应所引起。

在雪崩机制中,电流的倍增不仅决定于电离率的大小(或与之相联系的电场强度),而且决定于能有效产生碰撞电离的空间电荷区的宽度。雪崩击穿电压通常随温度的上升而增加。

当PN结发生雪崩击穿时,通常伴随着发光现象,所发射光子的能量可以显著地超过禁带能量。

如果在金属-绝缘体-半导体系统的栅上施加高的脉冲电压(例如对由P型半导体所构成的MIS结构施加正栅压)也会在半导体表面产生雪崩效应。这时半导体表面层呈深耗尽状态。在表面电场足够高时,在耗尽层中流动的热生载流子会产生雪崩倍增效应。

对于包含PN结的半导体器件,一般说来,雪崩倍增效应是个限制性因素。但也可以利用此效应来制作某些器件,如碰撞雪崩渡越二极管及雪崩注入MOS非易失性存储元件。

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