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電路設(shè)計(jì)了解二極管的擊穿電壓
沒有半導(dǎo)體，現(xiàn)代電子產(chǎn)品將無法實(shí)現(xiàn)，二極管是最基本的半導(dǎo)體器件之一。記住電子學(xué)101類的任何人都應(yīng)該記住二極管的功能：迫使電流沿一個方向流動。但是，所有二極管均具有擊穿電壓，超過該擊穿電壓，二極管將允許電流沿相反方向（從陰極到陽極）流動。在某些應(yīng)用中，例如橋式整流，ESD保護(hù)，電壓調(diào)節(jié)等等，這實(shí)際上非常重要。
現(xiàn)在的問題是，在擊穿發(fā)生之前，二極管能被驅(qū)動多大的反向偏壓？如果您是組件設(shè)計(jì)人員，或者要構(gòu)建一個系統(tǒng)以通過唯一的信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)與其他組件接口，則二極管的擊穿電壓就變得非常重要。以下是擊穿電壓的產(chǎn)生方式及其對組件的含義。
二極管擊穿電壓方程
當(dāng)以正向偏置驅(qū)動時，所有二極管均表現(xiàn)出整流作用；而當(dāng)以反向偏置以高電壓驅(qū)動時，它們則表現(xiàn)出擊穿特性。在高反向偏置下，各種二極管（pn二極管，肖特基二極管或齊納二極管）產(chǎn)生擊穿并驅(qū)動電流流動的確切機(jī)制是不同的。當(dāng)查看描述二極管中電流的等式時，僅考慮正向電流。由二極管擊穿引起的反向電流不存在于該方程式中。
因此，公平地問，二極管的擊穿電壓是多少？答案通常在數(shù)據(jù)表中找到，但是如何計(jì)算該值？不幸的是，沒有適用于所有器件的二極管擊穿方程。有幾個因素決定半導(dǎo)體二極管的擊穿電壓：
物理機(jī)制：兩種不同的物理機(jī)制在不同的二極管中占主導(dǎo)地位：雪崩和隧道效應(yīng)。兩種機(jī)制在故障期間可以同時發(fā)生，但只有一種機(jī)制占主導(dǎo)。
摻雜分布：摻雜劑的分布和二極管中的任何漸變都會影響擊穿電壓。
幾何形狀和結(jié)構(gòu)：二極管的幾何形狀會影響電場分布，尤其是在二極管邊緣附近。
由于確切的擊穿電壓將取決于這些復(fù)雜因素，因此沒有適用于所有二極管的單個擊穿電壓公式。但是，有一些經(jīng)驗(yàn)結(jié)果和來自量子力學(xué)的重要方程式可以幫助您了解二極管的擊穿電壓。
雪崩擊穿
在低載流子密度下，雪崩擊穿是在高反向偏置電壓下驅(qū)動高電流的主要機(jī)制。在此，盡管電流和反向偏置的施加電壓之間存在關(guān)系，但二極管沒有特定的擊穿電壓。這被公式化為一個乘數(shù)因子，總電流是該因子與飽和電流的乘積。
二極管中雪崩擊穿的倍數(shù)。
在上式中，n為2到6。在高載流子密度下，量子隧穿成為控制電荷通過二極管傳輸?shù)闹饕獧C(jī)制。這種反向偏置的傳輸方式稱為隧穿擊穿。
隧道故障
當(dāng)電荷載流子（電子）遇到勢壘（例如，齊納二極管中p型和n型區(qū)域之間的勢壘）時，總是發(fā)生隧穿。一旦半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)中的載流子濃度超過?10 17 cm -3，隧穿將成為主要的擊穿機(jī)理。在這里，您可以根據(jù)施加的電壓來計(jì)算隧道電流，但是沒有特定的擊穿電壓。通過計(jì)算跨結(jié)的隧穿概率作為摻雜分布的函數(shù)，可以使用以下公式計(jì)算跨異質(zhì)結(jié)的電流密度。
由于二極管擊穿而產(chǎn)生的隧道電流。
這些符號的定義可以在許多半導(dǎo)體器件教科書中找到。請注意，結(jié)V（x）兩端的勢能取決于摻雜分布和所施加的電壓，因此該方程式很好地捕獲了二極管內(nèi)電荷載流子的分布。由于這種擊穿是由于結(jié)區(qū)中較高的載流子濃度而發(fā)生的，因此擊穿電壓低于對應(yīng)于雪崩擊穿的擊穿電壓。
在SPICE仿真中包括二極管擊穿電壓
基本電路仿真器并不總是在其電氣模型中包括二極管的擊穿電壓。正向電流方程式通常與典型的理想因子和飽和電流值一起使用。這是通過標(biāo)準(zhǔn)二極管方程式完成的，該方程式可以在簡單的模擬電路模擬器中以數(shù)字方式定義。
SPICE仿真器采用不同的方法，并使用一組標(biāo)準(zhǔn)的電氣參數(shù)來全面描述任何二極管的行為。這些參數(shù)的值可以從數(shù)據(jù)表或測量值中確定。這些電氣參數(shù)包括：
飽和電流
寄生串聯(lián)電阻
發(fā)射系數(shù)（1到2）
運(yùn)輸時間
零偏置結(jié)電容
結(jié)兩端的內(nèi)置電壓
節(jié)點(diǎn)漸變摻雜系數(shù)（線性漸變?yōu)?span>0.33，突變漸變?yōu)?span>0.5）
活化能
飽和電流溫度指數(shù)
正向偏置耗盡電容系數(shù)
反向擊穿電壓和電流
最好的基于SPICE的電路仿真器將使您能夠訪問標(biāo)準(zhǔn)模型的真實(shí)二極管，例如1NXXXX二極管。這些模型文件包括預(yù)定義的電氣參數(shù)值。在為其他二極管創(chuàng)建組件模型時，需要在進(jìn)行仿真之前將電參數(shù)從測量值或數(shù)據(jù)表復(fù)制到模型文件中。完成此操作后，可以將模型附加到新的組件模型中，以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)仿真，例如瞬態(tài)分析或參數(shù)掃描。在這些模型中，明確包括了反向擊穿電壓，不需要使用上面給出的公式直接計(jì)算出反向擊穿電壓。