齊納二極管可以使用兩種效應(yīng)。一種稱(chēng)為齊納擊穿，另一種稱(chēng)為沖擊或雪崩電離。齊納效應(yīng)在 5.5V以下占主導(dǎo)地位，而碰撞電離是該電壓以上的主要影響。
這兩種效應(yīng)完全不同，盡管它們產(chǎn)生幾乎相同的效應(yīng)。
齊納擊穿效應(yīng):齊納擊穿效應(yīng)是二極管得名的原因。它是量子力學(xué)效應(yīng)隧穿效應(yīng)，但當(dāng)應(yīng)用于電壓基準(zhǔn)二極管時(shí)，它以發(fā)現(xiàn)它的人的名字保留了齊納的名字。
在大多數(shù)情況下，電子包含在晶格中的原子內(nèi)。在這種狀態(tài)下，它們處于所謂的價(jià)帶中。如果在半導(dǎo)體上放置一個(gè)大電場(chǎng)，這可能足以將電子拉出原子進(jìn)入所謂的導(dǎo)帶。當(dāng)它們脫離原子時(shí)，它們能夠?qū)щ姡@就是導(dǎo)帶的名稱(chēng)。為了使它們從價(jià)帶進(jìn)入導(dǎo)帶，必須有一定的力將它們拉出來(lái)。發(fā)現(xiàn)一旦存在一定水平的電場(chǎng)，大量電子被自由拉出，一旦達(dá)到一定的反向電壓，電流就會(huì)突然開(kāi)始流動(dòng)。齊納效應(yīng)由 Clarence Zener 博士于 1934 年首次提出，并由此得名。
碰撞電離:碰撞電離與齊納擊穿非常不同，它發(fā)生在半導(dǎo)體中存在高電場(chǎng)時(shí)。電子被強(qiáng)烈吸引并朝向正電位移動(dòng)。鑒于高電場(chǎng)，它們的速度增加，并且這些高能電子通常會(huì)與半導(dǎo)體晶格碰撞。
當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生空穴-電子對(duì)。這個(gè)新產(chǎn)生的電子向正電壓方向移動(dòng)，在高電場(chǎng)下被加速，可能與晶格發(fā)生碰撞。帶正電的空穴向與電子相反的方向移動(dòng)。如果場(chǎng)足夠強(qiáng)，就會(huì)發(fā)生足夠多的碰撞，從而發(fā)生稱(chēng)為雪崩擊穿的效應(yīng)。這僅在超過(guò)特定場(chǎng)時(shí)發(fā)生，即當(dāng)超過(guò)該二極管的某個(gè)反向電壓時(shí)，使其在給定電壓下反向傳導(dǎo)，這正是電壓參考二極管所需要的。
二極管中的兩種反向擊穿效應(yīng)具有非常相似的特性，但并不相同。在大多數(shù)情況下，可以忽略?xún)煞N效應(yīng)之間的差異并以相同的方式使用二極管。
8.3.1二極管操作
與半導(dǎo)體技術(shù)的許多其他方面一樣，反向傳導(dǎo)效應(yīng)會(huì)受到溫度變化的影響。發(fā)現(xiàn)碰撞電離和齊納效應(yīng)具有相反方向的溫度系數(shù)。在 5.5V以下占主導(dǎo)地位的齊納效應(yīng)表現(xiàn)出負(fù)溫度系數(shù)。然而，雪崩效應(yīng)是 5.5V以上的主要效應(yīng)，具有正溫度系數(shù)。
因此，反向電壓約為 5.5V的齊納二極管或電壓基準(zhǔn)二極管（其中兩種效應(yīng)幾乎相同）具有最穩(wěn)定的整本體溫度度系數(shù)，因?yàn)樗鼈儍A向于相互平衡以獲得最佳性能。
對(duì)于給定的二極管，實(shí)際的反向電壓是可重復(fù)的，并且取決于二極管的內(nèi)部幾何形狀和特性。
8.3.2標(biāo)準(zhǔn)二極管和齊納二極管操作之間的區(qū)別
齊納電壓基準(zhǔn)二極管能夠在其規(guī)格范圍內(nèi)非常可靠地在反向擊穿條件下運(yùn)行。如果傳統(tǒng)的 PN 結(jié)二極管發(fā)生反向擊穿，它很可能會(huì)受到不可修復(fù)的損壞。
當(dāng)對(duì)傳統(tǒng)的PN結(jié)二極管施加反向電壓并增加電壓時(shí)，它最終會(huì)擊穿，并且由于雪崩擊穿它會(huì)受到大電流的影響。如果此電流不受周?chē)娐返南拗疲O管很可能因過(guò)熱而損壞。
齊納二極管具有幾乎相同的特性，只是該器件專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于降低擊穿電壓。此外，齊納二極管或電壓基準(zhǔn)二極管拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)方式是二極管呈現(xiàn)受控?fù)舸⒃试S電流將齊納二極管兩端的電壓保持在擊穿電壓附近。
齊納二極管廣泛用于需要穩(wěn)定電壓的許多不同應(yīng)用。雖然有兩種效應(yīng)表現(xiàn)出穩(wěn)定的反向擊穿電壓，但二極管通常被稱(chēng)為齊納二極管。
審核編輯：湯梓紅
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