PN结、齐纳击穿、雪崩击穿

PN结、齐纳击穿、雪崩击穿

一、PN结

N 型半导体：掺杂施主杂质（磷），多数载流子：自由电子；

P 型半导体：掺杂受主杂质（硼），多数载流子：空穴。

P、N 结合后：电子从 N 扩散到 P，空穴从 P 扩散到 N；

接触面形成耗尽层（空间电荷区）：

• P 侧带负电、N 侧带正电；
• 内部产生内建电场，方向 N → P；
• 耗尽层几乎没有可移动载流子，电阻极高。

正向偏置：外电场抵消内建电场 → 耗尽层变薄 → 电流导通

反向偏置：外电场增强内建电场 → 耗尽层变宽；只有极小反向漏电流

反向电压越大 → 耗尽层宽度越大、耗尽层内部电场强度越高

二、两种击穿机制

齐纳击穿（Zener Breakdown）

物理原理：量子隧穿效应

重掺杂 PN 结 → 同等反向电压下，耗尽层很薄

薄层内形成极高电场。价带里的电子不需要获得动能，依靠量子隧穿，直接穿过禁带到达导带，产生大量载流子。

关键条件：

1. PN 结重掺杂 → 耗尽层窄
2. 击穿电压 ＜ 5~6V

雪崩击穿（Avalanche Breakdown）

物理原理：碰撞电离

轻掺杂 PN 结，反向击穿时耗尽层宽度大

反向电场加速少数载流子（电子 / 空穴），载流子在耗尽层漂移途中获得巨大动能；高速粒子撞击晶格，把价带电子撞出来，产生新电子空穴对；新载流子继续被电场加速，持续碰撞增殖，如同雪崩。

关键条件：

1. PN 结轻掺杂 → 耗尽层宽
2. 击穿电压 ＞6V

补充知识

特性	齐纳击穿	雪崩击穿
掺杂浓度	高掺杂	低掺杂
击穿电压	UZ<6V	UZ>6V
物理机制	电场隧穿	载流子碰撞电离
温度系数	负温度系数：温度↑，稳压值↓	正温度系数：温度↑，击穿电压↑

把耗尽层想象成一堵墙：

• 齐纳击穿：墙很薄。电场太强，电子直接穿墙而过。
• 雪崩击穿：墙很厚。少数电子在墙里被加速，一路疯狂撞墙，撞出无数新电子，形成洪流。

值的注意的是两种机制都被称为 稳压二极管（齐纳二极管 Zener Diode）

只是内部 PN 结掺杂浓度设计不同，出现两种击穿模式：

1. 5.6V 以下稳压管 → 主要：齐纳击穿

   厂家把 PN 结做成重掺杂，耗尽层薄，优先发生隧穿（齐纳击穿）

2. 6.2V 以上稳压管 → 主要：雪崩击穿

   PN 结轻掺杂，耗尽层宽，优先发生碰撞电离（雪崩击穿）

3. 5.6V~6V 区间：两种击穿同时一起发生

元器件举例：

• BZX55C3V3（3.3V 稳压管）：齐纳击穿主导
• BZX55C5V6（5.6V 稳压管）：两种击穿共存
• BZX55C12V（12V 稳压管）：雪崩击穿主导

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