雪崩二极管是利用半导体结构中载流子的碰撞电离和渡越时间两种物理效应而产生负阻的固体微波器件。

1.什么是雪崩二极管

什么是雪崩二极管

(图片来源于网络)

 

2.雪崩二极管符号

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3.雪崩二极管工作原理

雪崩二极管工作原理是在材料掺杂浓度较低的 PN 结中,当 PN 结反向电压增加时,空间电荷区中的电场随着增强。

 

这样,通过空间电荷区的电子和空穴,就会在电场作用下获得的能量增大,在晶体中运动的电子和空穴将不断地与晶体原子又发生碰撞,当电子和空穴的能量足够大时,通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由电子–空穴对。新产生的电子和空穴也向相反的方向运动,重新获得能量,又可通过碰撞,再产生电子–空穴对,这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后,载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样,载流子增加得多而快,这样,反向电流剧增, PN 结就发生雪崩击穿。利用该特点可制作高反压二极管。下图是雪崩击穿的示意图。

 

雪崩二极管工作原理

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雪崩二极管是一种负阻器件,特点是输出功率大,但噪声也很大。主要噪声来自于雪崩噪声,是由于雪崩倍增过程中产生电子和空穴和无规则性所引起的,其性质和散弹噪声类似。雪崩噪声是雪崩二极管振荡器的噪声远高于其它振荡器的主要原因。

 

它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是:利用雪崩击穿对晶体注入载流子,因载流子渡越晶片需要一定的时间,所以其电流滞后于电压,出现延迟时间,若适当地控制渡越时间,那么,在电流和电压关系上就会出现负阻效应,从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。

 

PN结有单向导电性,正向电阻小,反向电阻很大。


当反向电压增大到一定数值时,反向电流突然增加。就是反向电击穿。它分雪崩击穿和齐纳击穿(隧道击穿)。


雪崩击穿是PN结反向电压增大到一数值时,载流子倍增就像雪崩一样,增加得多而快。


利用这个特性制作的二极管就是雪崩二极管,在电场作用下,载流子能量增大,不断与晶体原子相碰,使共价键中的电子激发形成自由电子-空穴对。新产生的载流子又通过碰撞产生自由电子-空穴对,这就是倍增效应。1生2,2生4,像雪崩一样增加载流子。


齐纳击穿完全不同,在高的反向电压下,PN结中存在强电场,它能够直接破坏共价键将束缚电子分离来形成电子-空穴对,形成大的反向电流。齐纳击穿需要的电场强度很大,只有在杂质浓度特别大的PN结才做得到。(杂质大电荷密度就大)


一般的二极管掺杂浓度没这么高,它们的电击穿都是雪崩击穿。齐纳击穿大多出现在特殊的二极管中,就是稳压二极管