“齐纳击穿”与“雪崩击穿”究竟有什么不同？

　　在半导体物理与电子器件领域，击穿现象对器件的性能和可靠性起着关键作用。齐纳击穿（Zener Breakdown）和雪崩击穿（Avalanche Breakdown）是半导体 PN 结在反向偏压下发生击穿的两种主要机制 ，它们在物理原理、发生条件、特性表现等方面存在诸多差异，深刻影响着各类电子元件的设计与应用。

　　齐纳击穿源于量子力学中的隧穿效应（Tunneling Effect）。当 PN 结施加反向偏压时，在结区形成强大的内建电场（Built - in Electric Field）。在高掺杂（High Doping）的 PN 结中，由于杂质浓度高，耗尽层（Depletion Region）宽度极窄（通常在 0.1μm 量级）。此时，内建电场强度可达106V/cm以上，在如此强的电场作用下，价带（Valence Band）中的电子获得足够能量，能够直接隧穿禁带（Band Gap）进入导带（Conduction Band），形成大量的电子 - 空穴对（Electron - Hole Pairs），导致 PN 结反向电流急剧增大，从而发生齐纳击穿。其本质是电子在强电场下的量子隧穿过程，无需通过热激发获取能量。

　　雪崩击穿基于碰撞电离（Impact Ionization）机制。在低掺杂（Low Doping）的 PN 结中，反向偏压使得耗尽层宽度较宽。当反向电压逐渐升高，耗尽层内的电场强度增强，电子在电场作用下加速获得动能。当电子的动能足够大时，与晶格原子（Lattice Atoms）发生碰撞，将价带中的电子激发到导带，产生新的电子 - 空穴对。新产生的电子和空穴在电场作用下又会被加速，继续与其他原子碰撞，产生更多的电子 - 空穴对，这种连锁反应如同雪崩一样迅速扩大，使得反向电流急剧增加，最终导致 PN 结击穿。可以用碰撞电离率（Impact Ionization Rate）α和β（分别表示电子和空穴的碰撞电离率）来描述这一过程，其与电场强度E密切相关，通常满足经验公式α=Aexp(−EB)（A、B为常数）。

　　在电流 - 电压（I - V）特性曲线上，齐纳击穿的曲线较为陡峭。一旦达到齐纳击穿电压，反向电流会迅速增大，并且在击穿电压附近，电流的变化对电压的变化非常敏感，即动态电阻（Dynamic Resistance）rz=dIdV较小，一般在几欧姆到几十欧姆之间。雪崩击穿的 I - V 曲线相对没有那么陡峭，在击穿初期，电流的增长速度相对较慢，随着电压进一步升高，电流才会急剧增大。雪崩击穿的动态电阻相对较大，通常在几十欧姆到几百欧姆。

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