眾所周知，對于傳統(tǒng)的二極管來說，雪崩擊穿是一種常見的由載流子碰撞主導(dǎo)的擊穿方式。然而，除了雪崩擊穿外，還存在另一種造成功率二級管電流瞬間增大的效應(yīng)，即齊納擊穿。齊納擊穿是在強(qiáng)電場和隧道效應(yīng)的作用下，大量電子從價(jià)帶穿過禁帶而進(jìn)入到導(dǎo)帶時(shí)所引起的一種擊穿現(xiàn)象。

圖1 隧道結(jié)的電流電壓特性

齊納擊穿又稱為隧道擊穿，因此本推文首先重點(diǎn)介紹一下p+/n+結(jié)中的隧道效應(yīng)。圖1展示了p+/n+結(jié)工作電流隨外加偏置電壓變化的典型分布，該變化趨勢直接取決于p+/n+結(jié)能帶分布。

圖2 隧道結(jié)的簡單能帶圖

首先，對應(yīng)圖1中特性曲線的點(diǎn)1，當(dāng)隧道結(jié)外加一個(gè)較小的正向偏壓時(shí)，n+區(qū)的能帶相對于p+區(qū)抬高了qV，此時(shí)費(fèi)米能級不再統(tǒng)一，能帶圖如圖2（a） 所示，這時(shí)結(jié)兩側(cè)能量相等的量子態(tài)中，p+區(qū)價(jià)帶的費(fèi)米能級以上有未被電子占據(jù)的量子態(tài)，n+區(qū)導(dǎo)帶的費(fèi)米能級以下量子態(tài)被電子占據(jù)，因此n+區(qū)導(dǎo)帶中的電子可以通過隧道效應(yīng)跨過禁帶到達(dá)p+區(qū)價(jià)帶中，形成由p+指向n+的正向隧道電流，且正向電流會(huì)隨著電壓的逐漸增大，最終達(dá)到一個(gè)最大值（Ip），此時(shí)對應(yīng)圖1中特性曲線的點(diǎn)2; 隨著正向偏壓的進(jìn)一步增大，結(jié)兩側(cè)相同的量子態(tài)數(shù)目慢慢減少，直到n+區(qū)導(dǎo)帶底和p+區(qū)價(jià)帶頂一樣高時(shí)，結(jié)兩側(cè)相同的量子態(tài)數(shù)目為零，從圖2（b）和（c）的能帶圖的變化可以看出。

此時(shí)電流會(huì)從最大值Ip 慢慢減小到最小值Iv，此時(shí)對應(yīng)圖1中特性曲線的點(diǎn)3。最后，隨著正向偏壓的繼續(xù)增大（V》Vv），外加偏置Vv對應(yīng)圖1中特性曲線的點(diǎn)4，此時(shí)p+ /n+結(jié)開始導(dǎo)通，擴(kuò)散電流成為主要電流成分，正向電流開始迅速增大。當(dāng)器件外加反向偏壓時(shí)，對應(yīng)圖1中特性曲線的點(diǎn)5，此時(shí)能帶圖如圖2（d）所示，p+區(qū)能帶相對n+區(qū)能帶升高，p+區(qū)中的價(jià)帶電子能夠很容易隧穿到n+區(qū)導(dǎo)帶未被電子占據(jù)的量子態(tài)中，從而產(chǎn)生反向隧道電流。

隨著反向偏壓的增加，從p+區(qū)價(jià)帶隧穿到n+區(qū)導(dǎo)帶中的電子數(shù)目大大增加，使得反向隧道電流迅速增大，導(dǎo)致器件發(fā)生隧道擊穿，即齊納擊穿。

為了讓大家對齊納擊穿與雪崩擊穿有更深的了解，本文整理了以下三點(diǎn)區(qū)別：

1） 齊納擊穿主要取決于空間電荷區(qū)中的強(qiáng)電場，并且需要較薄的隧穿區(qū)域；而碰撞電離過程既與場強(qiáng)大小有關(guān)，也與載流子的碰撞累積過程有關(guān)。當(dāng)空間電荷區(qū)越寬時(shí)，倍增次數(shù)越多，因此雪崩擊穿除了與電場強(qiáng)度有關(guān)以外，同樣與空間電荷區(qū)的寬度有關(guān)，區(qū)別在于雪崩擊穿要求“結(jié)厚”，而齊納擊穿要求”結(jié)薄”；

2） 由于溫度升高造成禁帶寬度減小，隧穿幾率增大，因此由隧道效應(yīng)決定的擊穿電壓具有負(fù)的溫度系數(shù)，即擊穿電壓隨溫度升高而減小。而由于溫度升高，載流子受散射加劇，碰撞電離率隨溫度升高而減小，則雪崩效應(yīng)導(dǎo)致的擊穿電壓隨溫度升高而增加，即溫度系數(shù)為正；

3） 對于摻雜濃度較高，且勢壘區(qū)較薄的PN結(jié)，以齊納擊穿為主；而對于摻雜較低，且勢壘區(qū)較寬的PN結(jié)，則以雪崩擊穿為主，并且擊穿電壓一般較高。

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