Awaria lawinowa - Avalanche breakdown

Krzywa IV dla diody Zenera pokazująca lawinę i rozpad Zenera

Awaria lawinowa (lub „efekt lawinowy”) to zjawisko, które może wystąpić zarówno w materiałach izolacyjnych, jak i półprzewodnikowych. Jest to forma powielania prądu elektrycznego, która może pozwolić na bardzo duże prądy w materiałach, które w przeciwnym razie są dobrymi izolatorami. Jest to rodzaj lawiny elektronowej . Proces lawinowy zachodzi, gdy nośniki w obszarze przejściowym są przyspieszane przez pole elektryczne do energii wystarczającej do wytworzenia ruchomych lub swobodnych par elektron-dziura poprzez zderzenia ze związanymi elektronami.

Wyjaśnienie

Materiały przewodzą prąd, jeśli zawierają ruchome nośniki ładunku. Istnieją dwa rodzaje nośników ładunku w półprzewodniku: swobodne elektrony (ruchome elektrony) i dziury elektronowe (ruchome dziury, w których brakuje elektronów z normalnie zajmowanych stanów elektronowych). Normalnie związany elektron (np. w wiązaniu) w diodzie spolaryzowanej zaporowo może uwolnić się z powodu fluktuacji termicznej lub wzbudzenia, tworząc ruchomą parę elektron-dziura. Jeśli w półprzewodniku występuje gradient napięcia (pole elektryczne), elektron przesunie się w kierunku napięcia dodatniego, a dziura w kierunku napięcia ujemnego. Zwykle elektron i dziura po prostu przesuną się na przeciwległe końce kryształu i wejdą w odpowiednie elektrody. Gdy pole elektryczne jest wystarczająco silne, ruchomy elektron lub dziura może zostać przyspieszony do wystarczająco dużych prędkości, aby uwolnić inne związane elektrony, tworząc więcej wolnych nośników ładunku, zwiększając prąd i prowadząc do dalszych procesów „wybijania” i tworzenia lawiny. W ten sposób duże fragmenty normalnie izolującego kryształu mogą zacząć przewodzić.

Duży spadek napięcia i ewentualnie duży prąd podczas przebicia nieuchronnie prowadzą do wytwarzania ciepła. W związku z tym dioda umieszczona w aplikacji zasilania z blokadą wsteczną zostanie zwykle zniszczona przez awarię, jeśli obwód zewnętrzny przepuszcza duży prąd. W zasadzie przebicie lawinowe obejmuje jedynie przechodzenie elektronów i nie musi powodować uszkodzenia kryształu. Diody lawinowe (powszechnie spotykane jako wysokonapięciowe diody Zenera ) są skonstruowane tak, aby rozpadały się przy jednolitym napięciu i aby uniknąć nagromadzenia prądu podczas przebicia. Te diody mogą w nieskończoność utrzymywać umiarkowany poziom prądu podczas awarii.

Napięcie przy którym następuje przebicie nazywane jest napięciem przebicia . Występuje efekt histerezy ; po wystąpieniu przebicia lawinowego materiał będzie nadal przewodził, nawet jeśli napięcie na nim spadnie poniżej napięcia przebicia. Różni się to od diody Zenera , która przestanie przewodzić, gdy napięcie wsteczne spadnie poniżej napięcia przebicia.

Zobacz też

Bibliografia

  • Projektowanie obwodów mikroelektronicznych — Richard C Jaeger — ISBN  0-07-114386-6
  • Sztuka Elektroniki — Horowitz & Hill — ISBN  0-521-37095-7
  • Przewodnik University of Colorado dotyczący zaawansowanego projektowania MOSFET
  • McKay, K. (1954). „Podział lawinowy w krzemie”. Przegląd fizyczny . 94 (4): 877–884. Kod bib : 1954PhRv...94..877M . doi : 10.1103/PhysRev.94.877 .
  • Charakterystyki lawinowe MOSFET Power - Nota aplikacyjna ST AN2344
  • Wytyczne dotyczące projektowania lawinowego MOSFET – nota aplikacyjna Vishay AN-1005