什么是PN结击穿 PN结如何发生击穿现象

什么是PN结？

PN结是指正负电荷半导体之间的结，也是半导体器件中最为基本的一种。PN结的形成需要将N型和P型半导体材料连接在一起，形成一个类似于二极管的结构。

PN结两侧材料的元素类型和掺杂浓度不同，因此形成了一个电场（内建电场），可以导致载流子在PN结附近受到力的影响，从而形成正向偏置电流和反向偏置电流。

在PN结的正向偏置情况下，正向电压使得P区（负载区）向N区（正载区）注入大量正电荷，同时N区向P区注入大量自由电子，引起大量载流子重新组合，并在PN结区域产生和流经PN结的反向电流相抵消的正向电流。

在PN结的反向偏置情况下，反向电压使得少量自由电子和空穴向PN结区域集聚，增大内建电场，难以形成漂移运动流，当反向电压达到一定程度时阻挡电压全部降到零，产生击穿。这就是PN结击穿。

什么是PN结击穿？

PN结击穿指的是在PN结接反向电压时，当反向电压增大到一定程度时，PN结中的非平衡载流子数逐渐增多，在内建电场作用下，使电子被加速，生成的电子能量越来越大，足以克服PN结中的禁带宽度，使原本被禁止的载流子逸出PN结并引发PN结中表现为导体性的击穿现象。

PN结击穿的类型有很多种，比如利用PN结调制的PIN型击穿、Zener击穿、热击穿、电子冲击和光诱导击穿等。其中，Zener击穿和热击穿是最常见的PN结击穿方式。

什么是Zener击穿？

Zener击穿是指在PN结的反向电压逐渐增大时，当电压达到某一临界值（称为Zener电压），PN结中电场强度大到足以击穿固体，在中心区产生很多载流子对并发生击穿。

Zener电压大小与PN结特性有关。当PN结材料掺杂浓度和PN结宽度相同时，Zener电压基本上与禁带宽度成反比例关系。因此，更小的禁带宽度会导致更低的Zener电压。

Zener击穿的一个应用是电压调节。由于Zener电压相对固定，因此将并联的Zener二极管连接到正向电源上可以稳定输出电压，虽然它所承载的功率很小，但是这种技术被广泛用于精确电源系统中。

什么是热击穿？

热击穿是指PN结反向电压超过一定限度时，由于反向电场的作用，使得PN结内部自由电子的连续运动受到了限制。因此，很多自由电子失去了原有的平衡状态，产生了一些非平衡电子和空穴。这些非平衡电子和空穴以极高的能量在PN结上产生相互碰撞，形成新的载流子，进而产生大量的热，导致PN结损坏或击穿。

热击穿现象在高反向电场下特别明显，一般用温度系数Kα表示。Kα越小说明材料对高温不敏感，抵抗热击穿的能力越强。因此，在电源等设备的设计中，需要选择合适的材料以避免材料发生热击穿现象。

总之，PN结击穿是半导体器件中十分重要的一个现象，通过准确的掌握PN结的特性，并合理地应用在电源、高速电路和光电子器件等领域中，可以推动半导体技术不断的向前发展。