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九月 7 2020

雪崩二极管的工作原理


目录

1.工作原理
2.微波振荡
3.分类
4.雪崩二极管相关问题

  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;在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。雪崩二极管常被应用于微波领域的振荡电路中,那么其的工作原理是如何的?下面一起来看看:

  1.工作原理

  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。下图是雪崩击穿的示意图。

PN结雪崩击穿图

  PN结雪崩击穿图

  2.微波振荡

  雪崩二极管能以多种模式产生振荡,其中主要有碰撞雪崩渡越时间(IMPATT)模式,简称崩越模式。其基本工作原理是:利用半导体PN结中载流子的碰撞电离和渡越时间效应产生微波频率下的负阻,从而产生振荡。

  另一种重要的工作模式是俘获等离子体雪崩触发渡越时间(TRAPATT)模式,简称俘越模式。这种模式的工作过程是在电路中产生电压过激以触发器件,使二极管势垒区充满电子-空穴等离子体,造成器件内部电场突然降低,而等离子体在低场下逐渐漂移出势垒区。因此这种模式工作频率较低,但输出功率和效率则大得多。

  除上述两种主要工作模式以外,雪崩二极管还能以谐波模式、参量模式、静态模式以及热模式工作。

  3.分类

  雪崩二极管分单漂移区雪崩二极管和双漂移区雪崩二极管。

  单漂移区雪崩二极管的结构有PN、 PIN、 P NN (或N PP )、P NIN (或N PIP )、MNN 。其中P NN 结构工艺简单,在适中的电流密度下能获得较大的负阻,且频带较宽,因此在工业中应用较多。

  双漂移区雪崩二极管是 1970 年以后出现的,其结构为P PNN ,实质上相当于两个互补单漂移区雪崩二极管的串联,从而有效地利用了电子和空穴漂移空间,因此输出功率和效率均较高。

雪崩二极管

雪崩二极管

  4.雪崩二极管相关问题

  4.1二极管中的雪崩效应是什么?

  雪崩效应是“当对材料施加足够量的电力时,非导电材料(绝缘体)或半导体材料(半导体)中的电流突然快速增加”。用于这种雪崩效应(齐纳效应)的器件称为齐纳二极管。

  4.2雪崩二极管有什么用?

  雪崩二极管用于保护电路。当反向偏置电压增加到一定限度时,二极管会在特定电压下开始雪崩效应,并且由于雪崩效应导致二极管击穿。它用于保护电路免受不需要的电压的影响。

  4.3雪崩二极管的符号是什么?

  像雪崩二极管这样的半导体二极管类似于齐纳二极管,该二极管在反向偏置区域内工作。这种二极管的符号与齐纳二极管相同,因为它是一种PN结二极管。

  4.4齐纳二极管和雪崩二极管有什么区别?

  齐纳击穿和雪崩击穿的主要区别在于它们的发生机制。齐纳击穿是由于高电场而发生的,而雪崩击穿是由于自由电子与原子的碰撞而发生的。这两种故障可以同时发生。

  以上就是雪崩二极管的工作原理以及分类介绍了。由于雪崩二极管具有功率大、效率高等优点,而且是固体微波源,特别是毫米波发射源的主要功率器件,因此广泛地使用于雷达、通信、遥控、遥测、仪器仪表中。

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