浅析雪崩二极管的工作原理及作用

       雪崩二极管是利用半导体PN结中的雪崩倍增效应及载流子的渡越时间效应产生微波振荡的半导体器件。如果在二极管两端加上足够大的反向电压，使得空间电荷区展宽，从N+P结处一直展宽到IP+结处。雪崩二极管常被应用于微波领域的振荡电路中，那么其的工作原理是如何的?下面一起来看看：

 

    1.工作原理

 

    在材料掺杂浓度较低的PN结中，当PN结反向电压增加时，空间电荷区中的电场随着增强。这样，通过空间电荷区的电子和空穴，就会在电场作用下获得的能量增大，在晶体中运动的电子和空穴将不断地与晶体原子又发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由电子–空穴对。新产生的电子和空穴也向相反的方向运动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子–空穴对，这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增加得多而快，这样，反向电流剧增，PN结就发生雪崩击穿。下图是雪崩击穿的示意图。

 

 

    2.微波振荡

 

    雪崩二极管能以多种模式产生振荡，其中主要有碰撞雪崩渡越时间(IMPATT)模式，简称崩越模式。其基本工作原理是：利用半导体PN结中载流子的碰撞电离和渡越时间效应产生微波频率下的负阻，从而产生振荡。

 

    另一种重要的工作模式是俘获等离子体雪崩触发渡越时间(TRAPATT)模式，简称俘越模式。这种模式的工作过程是在电路中产生电压过激以触发器件，使二极管势垒区充满电子-空穴等离子体，造成器件内部电场突然降低,而等离子体在低场下逐渐漂移出势垒区。因此这种模式工作频率较低，但输出功率和效率则大得多。

 

    除上述两种主要工作模式以外，雪崩二极管还能以谐波模式、参量模式、静态模式以及热模式工作。

 

    3.分类

 

    雪崩二极管分单漂移区雪崩二极管和双漂移区雪崩二极管。

 

    单漂移区雪崩二极管的结构有PN、PIN、PNN(或NPP)、PNIN(或NPIP)、MNN。其中PNN结构工艺简单,在适中的电流密度下能获得较大的负阻，且频带较宽，因此在工业中应用较多。

 

    双漂移区雪崩二极管是1970年以后出现的，其结构为PPNN，实质上相当于两个互补单漂移区雪崩二极管的串联，从而有效地利用了电子和空穴漂移空间，因此输出功率和效率均较高。

 

 

    雪崩二极管作用

 

    雪崩二极管是一种负阻器件，特点是输出功率大，但噪声也很大。主要噪声来自于雪崩噪声，是由于雪崩倍增过程中产生电子和空穴和无规则性所引起的，其性质和散弹噪声类似。

 

    雪崩击穿是在电场作用下，载流子能量增大，不断与晶体原子相碰，使共价键中的电子激发形成自由电子-空穴对。新产生的载流子又通过碰撞产生自由电子-空穴对，这就是倍增效应。1生2，2生4，像雪崩一样增加载流子。

 

    它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是：利用雪崩击穿对晶体注入载流子，因载流子渡越晶片需要一定的时间，所以其电流滞后于电压，出现延迟时间，若适当地控制渡越时间，那么，在电流和电压关系上就会出现负阻效应，从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。

 

    以上就是《浅析雪崩二极管的工作原理及作用》的所有内容了，由于雪崩二极管具有功率大、效率高等优点，而且是固体微波源，特别是毫米波发射源的主要功率器件，因此广泛地使用于雷达、通信、遥控、遥测、仪器仪表中。