雪崩二極管的工作原理解析

雪崩二極管是利用半導體結構中載流子的碰撞電離和渡越時間兩種物理效應而產生負阻的固體微波器件

1.什么是雪崩二極管

2.雪崩二極管符號

3.雪崩二極管工作原理

雪崩二極管工作原理是在材料摻雜濃度較低的 PN 結中，當 PN 結反向電壓增加時，空間電荷區中的電場隨著增強。

這樣，通過空間電荷區的電子和空穴，就會在電場作用下獲得的能量增大，在晶體中運動的電子和空穴將不斷地與晶體原子又發生碰撞，當電子和空穴的能量足夠大時，通過這樣的碰撞的可使共價鍵中的電子激發形成自由電子–空穴對。新產生的電子和空穴也向相反的方向運動，重新獲得能量，又可通過碰撞，再產生電子–空穴對，這就是載流子的倍增效應。當反向電壓增大到某一數值后，載流子的倍增情況就像在陡峻的積雪山坡上發生雪崩一樣，載流子增加得多而快，這樣，反向電流劇增， PN 結就發生雪崩擊穿。利用該特點可制作高反壓二極管。下圖是雪崩擊穿的示意圖

雪崩二極管是一種負阻器件，特點是輸出功率大，但噪聲也很大。主要噪聲來自于雪崩噪聲，是由于雪崩倍增過程中產生電子和空穴和無規則性所引起的，其性質和散彈噪聲類似。雪崩噪聲是雪崩二極管振蕩器的噪聲遠高于其它振蕩器的主要原因。

它是在外加電壓作用下可以產生高頻振蕩的晶體管。產生高頻振蕩的工作原理是：利用雪崩擊穿對晶體注入載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時間，所以其電流滯后于電壓，出現延遲時間，若適當地控制渡越時間，那么，在電流和電壓關系上就會出現負阻效應，從而產生高頻振蕩。它常被應用于微波領域的振蕩電路中。

PN結有單向導電性，正向電阻小，反向電阻很大。

當反向電壓增大到一定數值時，反向電流突然增加。就是反向電擊穿。它分雪崩擊穿和齊納擊穿(隧道擊穿)。

雪崩擊穿是PN結反向電壓增大到一數值時，載流子倍增就像雪崩一樣，增加得多而快。

利用這個特性制作的二極管就是雪崩二極管，在電場作用下，載流子能量增大，不斷與晶體原子相碰，使共價鍵中的電子激發形成自由電子-空穴對。新產生的載流子又通過碰撞產生自由電子-空穴對，這就是倍增效應。1生2，2生4，像雪崩一樣增加載流子。

齊納擊穿完全不同，在高的反向電壓下，PN結中存在強電場，它能夠直接破壞共價鍵將束縛電子分離來形成電子-空穴對，形成大的反向電流。齊納擊穿需要的電場強度很大，只有在雜質濃度特別大的PN結才做得到。（雜質大電荷密度就大）

一般的二極管摻雜濃度沒這么高，它們的電擊穿都是雪崩擊穿。齊納擊穿大多出現在特殊的二極管中，就是穩壓二極管

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