什么是反向擊穿?PN結(jié)的反向擊穿-KIA MOS管

什么是反向擊穿?

半導(dǎo)體PN結(jié)（如二極管）在施加反向電壓時(shí)，當(dāng)電壓增大到某一臨界值（稱為擊穿電壓），反向電流會(huì)突然急劇增大的現(xiàn)象。此時(shí)PN結(jié)失去單向?qū)щ娦?，從高阻態(tài)轉(zhuǎn)為低阻態(tài)。

發(fā)生擊穿時(shí)的反向電壓稱為PN結(jié)的擊穿電壓。擊穿電壓與半導(dǎo)體材料的性質(zhì)、摻雜濃度及工藝過(guò)程等因素有關(guān)。

PN結(jié)的反向擊穿

pn結(jié)的擊穿從機(jī)理上主要可分為雪崩擊穿、齊納擊穿（亦稱隧道擊穿）和熱電擊穿三類。

熱擊穿：熱擊穿是由于大電流造成的。因?yàn)楣倪^(guò)大，散熱不及時(shí)導(dǎo)致PN結(jié)溫度升高被燒毀，是永久破壞性的，不可逆。

電擊穿：齊納擊穿和雪崩擊穿屬于電擊穿。電擊穿是由于高電壓造成的。擊穿時(shí)如果立即降低反向電壓，PN結(jié)可以恢復(fù)。

PN結(jié)的擊穿并不意味著一定是損壞了。只要通過(guò)適當(dāng)?shù)耐怆娐钒央娏飨拗圃诤侠淼姆秶鷥?nèi)，則PN結(jié)仍然可以安全地工作。

PN結(jié)的反向擊穿

齊納擊穿

當(dāng)PN結(jié)的摻雜濃度很高時(shí)，耗盡層很窄，加上不大的反向電壓，耗盡層內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度就可達(dá)到非常大的數(shù)值（通常高達(dá)108V/cm）。

當(dāng)反向電壓增大到高于某一臨界值時(shí)，強(qiáng)電場(chǎng)可以把耗盡層內(nèi)中性原子的價(jià)電子直接從共價(jià)鍵中拉出來(lái)，變?yōu)樽杂呻娮?，同時(shí)產(chǎn)生空穴，這個(gè)過(guò)程稱為場(chǎng)致電離。

場(chǎng)致電離產(chǎn)生大量的載流子，使PN結(jié)的反向電流劇增，呈現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象，稱為齊納擊穿(Zener breakdown)。

齊納擊穿是場(chǎng)致電離的結(jié)果。齊納擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度很高的PN結(jié)中，在外加較低的反向電壓時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種擊穿，擊穿電壓只有幾伏。

如果在幾伏的反向電壓下仍未發(fā)生齊納擊穿，則說(shuō)明該P(yáng)N結(jié)的擊穿屬于雪崩擊穿。

雪崩擊穿

對(duì)于輕摻雜的PN結(jié)，當(dāng)施加在PN結(jié)上的反向電壓增大時(shí)，空間電荷區(qū)中的電場(chǎng)隨之增強(qiáng)。載流子從電場(chǎng)中獲得很高的能量，與原子碰撞導(dǎo)致原子電離，產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)。

新產(chǎn)生的載流子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，再去碰撞其他中性原子，又產(chǎn)生新的自由電子-空穴對(duì)。如此碰撞電離過(guò)程就像雪崩一樣，源源不斷地產(chǎn)生大量載流子，造成載流子雪崩倍增，從而導(dǎo)致反向電流激增。這種由于碰撞電離導(dǎo)致的擊穿稱為雪崩擊穿(Avalanche breakdown)。

雪崩擊穿容易發(fā)生在摻雜濃度較低的PN結(jié)中，在較高的反向電壓下才會(huì)發(fā)生，擊穿電壓從幾伏到高達(dá)幾千伏。一般二極管的摻雜濃度不是很高，它們的電擊穿都是雪崩擊穿。

PN結(jié)的反向擊穿