Лавинный обвал

Кривая IV для стабилитрона, показывающая лавинный характер и пробой стабилитрона

Лавинный пробой (или лавинный эффект ) — явление, которое может возникать как в изоляционных , так и в полупроводниковых материалах. Это форма умножения электрического тока, которая может пропускать очень большие токи в материалах, которые в остальном являются хорошими изоляторами. Это разновидность электронной лавины . Лавинный процесс происходит, когда носители в переходной области ускоряются электрическим полем до энергий, достаточных для создания подвижных или свободных электрон - дырочных пар путем столкновений со связанными электронами.

Объяснение

Материалы проводят электричество, если содержат подвижные носители заряда. В полупроводнике есть два типа носителей заряда: свободные электроны (подвижные электроны) и электронные дырки (подвижные дырки, которым не хватает электронов в нормально занятых электронных состояниях). Нормально связанный электрон (например, в связи) в обратносмещенном диоде может вырваться из-за тепловых колебаний или возбуждения, создавая подвижную пару электрон-дырка ( экситон ). Если в полупроводнике существует градиент напряжения (электрическое поле), то электрон будет двигаться в сторону положительного напряжения, а дырка - в сторону отрицательного напряжения. Обычно электрон и дырка просто перемещаются к противоположным концам кристалла и входят в соответствующие электроды. Когда электрическое поле достаточно сильное, подвижный электрон или дырка могут ускоряться до достаточно высоких скоростей, чтобы выбить другие связанные электроны, создавая больше свободных носителей заряда, увеличивая ток и приводя к дальнейшим процессам «выбивания» и созданию лавины. Таким образом, большие части кристалла с нормальной изоляцией могут начать проводить ток.

Большое падение напряжения и, возможно, большой ток при пробое обязательно приводят к выделению тепла. Следовательно, диод, включенный в схему обратной блокировки питания, обычно выходит из строя в результате пробоя, если внешняя цепь пропускает большой ток. В принципе, лавинный пробой включает только прохождение электронов и не обязательно вызывает повреждение кристалла. Лавинные диоды (обычно встречающиеся как высоковольтные стабилитроны ) сконструированы таким образом, чтобы пробиться при постоянном напряжении и избежать скопления тока во время пробоя. Эти диоды могут неопределенно долго выдерживать умеренный уровень тока во время пробоя.

Напряжение, при котором происходит пробой, называется напряжением пробоя . Существует эффект гистерезиса ; как только произошел лавинный пробой, материал продолжит проводить ток, даже если напряжение на нем упадет ниже напряжения пробоя. Это отличается от стабилитрона , который перестает проводить ток, как только обратное напряжение упадет ниже напряжения пробоя.

См. также

• КБД (электроника)
• Однофотонный лавинный диод
• Искровой разрядник
• Пробой Зенера

Ссылки

• Проектирование микроэлектронных схем — Ричард Джегер — ISBN   0-07-114386-6
• Искусство электроники — Горовиц и Хилл — ISBN   0-521-37095-7
• Руководство Университета Колорадо по усовершенствованию конструкции MOSFET. Архивировано 8 февраля 2006 г. в Wayback Machine.
• Маккей, К. (1954). «Лавинный пробой кремния». Физический обзор . 94 (4): 877–884. Бибкод : 1954PhRv...94..877M . дои : 10.1103/PhysRev.94.877 .
• Лавинные характеристики и номиналы силовых МОП-транзисторов — ST Application Note AN2344
• Рекомендации по проектированию лавинных силовых МОП-транзисторов — рекомендации по применению Vishay AN-1005