在材料摻雜濃度較低的PN結(jié)中，隨著反向電壓的增加，空間電荷區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)。這使得通過空間電荷區(qū)的電子和空穴在電場(chǎng)作用下獲得了更高的能量。在晶體中運(yùn)動(dòng)的這些粒子會(huì)頻繁地與晶體原子發(fā)生碰撞，這些碰撞足以使共價(jià)鍵中的價(jià)電子擺脫束縛，從而產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)。新產(chǎn)生的載流子在電場(chǎng)的作用下繼續(xù)碰撞其他價(jià)電子，進(jìn)而又產(chǎn)生更多的自由電子和空穴對(duì)。這種連鎖反應(yīng)導(dǎo)致阻擋層中的載流子數(shù)量像雪崩一樣急劇增加，最終使得流過PN結(jié)的電流急劇上升，從而引發(fā)PN結(jié)的擊穿。這種由于碰撞電離而導(dǎo)致的擊穿現(xiàn)象被稱為雪崩擊穿，也常被稱作電子雪崩現(xiàn)象。

值得注意的是，雪崩擊穿具有正溫度系數(shù)，而齊納擊穿則具有負(fù)溫度系數(shù)。這一特性差異可以被利用來減小溫漂效應(yīng)。

當(dāng)反向電壓逐漸增大至某一閾值時(shí)，空間電荷區(qū)內(nèi)會(huì)形成強(qiáng)大的電場(chǎng)。此電場(chǎng)強(qiáng)大到足以將共價(jià)鍵中的價(jià)電子剝離，因此在空間電荷區(qū)中產(chǎn)生了大量的電子-空穴對(duì)。這些電子-空穴對(duì)在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，空穴被推向P區(qū)，而電子則被推向N區(qū)，導(dǎo)致反向電流急劇上升。這種由于強(qiáng)電場(chǎng)直接引發(fā)大量電子-空穴對(duì)產(chǎn)生，進(jìn)而造成反向電流的迅猛增長的現(xiàn)象，被稱為齊納擊穿。

齊納擊穿通常出現(xiàn)在摻雜濃度較高的PN結(jié)中，因?yàn)檫@些結(jié)的空間電荷層相對(duì)較薄。在這樣的結(jié)構(gòu)中，即使是很小的反向電壓也能在空間電荷區(qū)內(nèi)建立起強(qiáng)大的電場(chǎng)。此外，隨著溫度的升高，電子的熱運(yùn)動(dòng)會(huì)更加劇烈，使得較小的反向電壓就能將價(jià)電子從共價(jià)鍵中釋放出來。因此，溫度升高時(shí)，擊穿電壓會(huì)相應(yīng)下降，這也意味著齊納擊穿呈現(xiàn)出負(fù)的溫度系數(shù)。

雪崩擊穿的概念 如何區(qū)別齊納擊穿和雪崩擊穿 雪崩擊穿是可逆的嗎?

雪崩擊穿是電氣工程領(lǐng)域中的一個(gè)重要概念，它是指當(dāng)高壓電力系統(tǒng)中的絕緣體遭受較高電壓的沖擊時(shí)，導(dǎo)致電流通過絕緣體并破壞其原本的絕緣性能。與之相似的概念是齊納擊穿，它也是導(dǎo)致絕緣體擊穿的一種電氣現(xiàn)象。盡管兩者具有些許相似之處，但它們之間也存在一些明顯的區(qū)別。

首先，齊納擊穿是指在絕緣體中出現(xiàn)電流突破，導(dǎo)致電壓劇烈下降的現(xiàn)象。在該過程中，絕緣體會(huì)發(fā)生氣體放電或擊穿現(xiàn)象，產(chǎn)生較高的擊穿電壓。齊納擊穿通常發(fā)生在高電場(chǎng)強(qiáng)度區(qū)域，例如在電極尖端或電極間隙處。

另一方面，雪崩擊穿是指電流在絕緣體中的導(dǎo)電路徑形成，并且在絕緣體內(nèi)傳導(dǎo)，最終導(dǎo)致絕緣體完全擊穿。該擊穿過程通常是由于高電壓引起的電子的離子化和加速，從而形成電子雪崩。盡管齊納擊穿通常發(fā)生在電極附近的局部區(qū)域，但雪崩擊穿是通過整個(gè)絕緣體傳導(dǎo)電流。

隨著反向電壓的逐漸增大，空間電荷區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致通過勢(shì)壘區(qū)的載流子所獲取的能量逐步提升。當(dāng)反向電壓逼近擊穿電壓UB時(shí)，這些能量較高的載流子在與空間電荷區(qū)內(nèi)的中性原子發(fā)生碰撞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生碰撞電離效應(yīng)，進(jìn)而生成新的電子-空穴對(duì)。這些新產(chǎn)生的電子和空穴在電場(chǎng)的作用下會(huì)再次獲得能量，并與更多的中性原子發(fā)生碰撞電離，從而產(chǎn)生更多的電子-空穴對(duì)。這種連鎖反應(yīng)不斷加劇，使得空間電荷區(qū)內(nèi)的載流子數(shù)量如雪崩般增長，導(dǎo)致反向電流急劇上升，最終引發(fā)擊穿現(xiàn)象。因此，這種擊穿方式被稱為雪崩擊穿。

雪崩擊穿通常出現(xiàn)在摻雜濃度較低且外加電壓較高的PN結(jié)中。這是因?yàn)閾诫s濃度較低的PN結(jié)擁有更寬的空間電荷區(qū)，為碰撞電離提供了更多的機(jī)會(huì)。

當(dāng)反向電壓增大至某一閾值時(shí)，勢(shì)壘區(qū)內(nèi)會(huì)形成強(qiáng)電場(chǎng)。這一電場(chǎng)強(qiáng)大到足以直接從共價(jià)鍵中拉出價(jià)電子，導(dǎo)致勢(shì)壘區(qū)瞬間產(chǎn)生大量電子-空穴對(duì)。這些電子和空穴在電場(chǎng)作用下匯聚，形成顯著的反向電流，從而觸發(fā)擊穿。這種現(xiàn)象，被稱為齊納擊穿，它源于強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)勢(shì)壘區(qū)原子的直接激發(fā)。

齊納擊穿多見于摻雜濃度較高的PN結(jié)。這類PN結(jié)的空間電荷區(qū)寬度相對(duì)較窄，但電荷密度卻很大。因此，即便施加較小的反向電壓，也能在勢(shì)壘區(qū)內(nèi)建立起強(qiáng)大的電場(chǎng)，進(jìn)而引發(fā)齊納擊穿。

PN結(jié)在反向擊穿時(shí)，既可能發(fā)生齊納擊穿，也可能發(fā)生雪崩擊穿。這兩種擊穿機(jī)制通常同時(shí)存在，但在不同的電壓范圍內(nèi)，它們的貢獻(xiàn)程度會(huì)有所不同。在電壓低于5-6V時(shí)，齊納擊穿占據(jù)主導(dǎo)地位;而當(dāng)電壓高于5-6V時(shí)，雪崩擊穿則更為顯著。

對(duì)于穩(wěn)壓管而言，這兩種擊穿機(jī)制的區(qū)別主要體現(xiàn)在其溫度系數(shù)上。在電壓低于5-6V的穩(wěn)壓管中，由于齊納擊穿占主導(dǎo)，因此其穩(wěn)壓值的溫度系數(shù)為負(fù)。而在電壓高于5-6V的穩(wěn)壓管中，雪崩擊穿成為主要機(jī)制，其穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)為正。當(dāng)電壓介于5-6V時(shí)，兩種擊穿機(jī)制的程度相當(dāng)，從而使得穩(wěn)壓管的性能最為優(yōu)越。因此，許多電路選擇使用5-6V的穩(wěn)壓管。

此外，TVS穩(wěn)壓管在保護(hù)電路方面也發(fā)揮著重要作用。當(dāng)瞬時(shí)電壓超過電路的正常工作范圍時(shí)，TVS二極管會(huì)通過雪崩效應(yīng)提供一個(gè)超低電阻通路，將瞬時(shí)電流引導(dǎo)至二極管，從而保護(hù)被保護(hù)的器件免受過大電流的沖擊。在電壓恢復(fù)正常后，TVS二極管會(huì)恢復(fù)高阻狀態(tài)，確保電路的正常運(yùn)行。值得注意的是，TVS管的失效模式主要是短路，但在過大的過電流通過時(shí)，也可能導(dǎo)致其炸裂而開路。