Por lo tanto, el voltaje de ruptura de polarización inversa de un diodo se reduce a medida que aumenta la temperatura. ¿Qué se puede hacer para cambiar eso?
¿Se puede cambiar la concentración de dopantes de las capas p o n para que esto suceda?
¿La resistencia del bucle en que se encuentra el diodo afectará el voltaje de ruptura?
¿Qué otros factores pueden afectar el voltaje de ruptura?
Hay dos principios principales que permiten que un diodo se rompa:
Avalanche : cuando el campo eléctrico en la región de agotamiento se vuelve demasiado fuerte, las cargas pueden ganar suficiente energía cinética para generar más pares de agujeros de electrones. Estas nuevas cargas pueden potencialmente ganar suficiente energía cinética para excitar otros pares de agujeros de electrones. Provoca un efecto de multiplicación, denominado avalanching . Se debe tener en cuenta que si no hay cargas presentes dentro de la región de agotamiento, el diodo tampoco sufrirá avalanchas. Sin embargo, una sola carga puede interrumpir eso. Este efecto se explota, por ejemplo, en el recuento de fotones individuales, donde un fotón único puede generar un par de orificios de electrones, lo que inicia una oleada de corriente que se puede medir.
Zener : es posible que en la unión PN, la banda de conducción de la región N se acerque mucho a la banda de valencia de la región P (vea la imagen a la derecha - Wikipedia ).
Este desglose ocurre generalmente en niveles altos de dopaje. Según mi conocimiento, es principalmente explotado por diodos Zener para voltajes de ruptura de Zener más bajos.
Se debe tener en cuenta que la descomposición de Zener ocurre más rápido para aumentar la temperatura a medida que se excitan más cargas (lo que también reduce la brecha de banda de esta manera) que puede hacer un túnel. La descomposición de la avalancha ocurre más tarde, ya que el calor aumentará el número de colisiones de cargas en movimiento, lo que dificultará la acumulación de energía cinética.
En ambos casos, reducir los niveles de dopaje reducirá los efectos de descomposición. Para avalanche , el ancho de agotamiento aumentará y el campo eléctrico disminuirá (\ $ | E | \ sim \ Phi / w \ $). El potencial incorporado también disminuirá, lo que dará lugar a un potencial interno más bajo. El desglose de Zener también se reducirá a medida que disminuya el potencial incorporado.
Otra forma de reducir los efectos de descomposición es aumentar el ancho de agotamiento de otras maneras. Por ejemplo, puede aplicar un perfil de dopaje suave o moverse a un diodo PIN en conjunto.
La tendencia a que la diferencia de banda disminuya con la temperatura se deriva directamente de la física de un semiconductor; no puedes cambiar ese principio . Puede usar otros materiales de separación de banda más alta que su Si habitual para combatir el problema, pero no creo que alguna vez cambie el hecho de que hay un término de temperatura en la fórmula que define la probabilidad de que un cierto nivel de energía sea ocupado.
Eso está dado por Fermi-Dirac distribution , que inconvenientemente tiene la temperatura absoluta en el exponente:
$$ \ bar {n} _i = \ frac {1} {e ^ {(\ epsilon_i- \ mu) / k T} + 1} $$
El artículo de Wikipedia vinculado a lo anterior tiene un buen gráfico sobre lo que sucede con la distribución de los estados ocupados en el aumento de la temperatura:
Por Krishnavedala - Trabajo propio, CC BY-SA 3.0 , Enlace
Desea que la disminución sea lo más nítida posible para obtener un espacio de banda ancha bien definido. Realmente no puedes hacer nada con las matemáticas aquí.
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