제너 효과

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1. 개요
2. 메커니즘
- 2.1. 제너 효과와 애벌런치 효과의 관계
참조

1. 개요

제너 효과는 높은 역 바이어스 전압에서 p-n 접합부의 공핍 영역에 강한 전계가 형성되어 전자의 터널링을 일으켜 많은 수의 자유 전하 운반자를 생성하는 현상이다. 이러한 전하 운반자의 급격한 생성은 역전류를 빠르게 증가시키고, 제너 다이오드의 높은 기울기 전도도를 발생시킨다. 제너 효과는 애벌런치 붕괴와 구별되며, 일반적으로 5볼트 미만에서 발생한다. 좁은 공핍 영역을 생성하는 고농도 도핑된 접합에서 발생하며, 접합부의 온도 증가는 제너 효과의 기여를 증가시킨다.

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제너 효과
개요
종류	전기적 항복 현상
관련	다이오드, 반도체
상세 정보
원인	높은 역전압으로 인한 에너지띠 휨 및 강한 전기장 형성
효과	전자의 양자 터널링
항복 전압	낮음 (일반적으로 5V 이하)
온도 계수	음의 온도 계수
전류-전압 특성	항복 전압 근처에서 급격한 전류 증가
응용 분야	전압 레귤레이터 과전압 보호 회로 기준 전압원

2. 메커니즘

높은 역 바이어스 전압에 따라, pn 접합의 공핍 영역은 접합에 걸쳐 높은 전계 강도로 확장된다. 충분히 강한 전기장은 반도체의 가전자로부터 전도띠로 전자가 터널링하는 것을 가능하게 하여, 자유 전하 운반자를 많이 생성한다.^[2] 이 전하 운반자들의 급격한 증가는 역전류를 빠르게 증가시키고, 제너 다이오드의 높은 기울기 전도도를 발생시킨다.

2. 1. 제너 효과와 애벌런치 효과의 관계

높은 역 바이어스 전압에 따라, pn 접합의 공핍 영역은 접합에 걸쳐 높은 전계 강도로 확장된다. 충분히 강한 전기장은 자유 전하 캐리어들의 다수 선도 반도체의 전도대에 전자의 가전자로부터 터널링을 가능하게 한다.

애벌런치 효과는 전이 영역 내 소수 캐리어 전자가 전기장에 의해 가속되어, 결합 전자를 충돌시켜 전자-정공 쌍을 방출할 수 있을 만큼 충분한 에너지를 얻는 것을 포함한다. 제너 효과와 애벌런치 효과는 동시에 또는 서로 독립적으로 발생할 수 있다. 일반적으로 5볼트 미만에서 발생하는 다이오드 접합 붕괴는 제너 효과에 의해 발생하고, 5볼트 이상에서 발생하는 붕괴는 애벌런치 효과에 의해 발생한다.^[3] 5V 근처의 전압에서 발생하는 붕괴는 일반적으로 두 효과의 조합에 의해 발생한다.

제너 붕괴는 약 3×10⁷ V/m의 전기장 세기에서 발생하는 것으로 밝혀졌다.^[1]

제너 붕괴는 좁은 공핍 영역을 생성하는 고농도 도핑된 접합(p형 반도체는 보통 도핑되고 n형 반도체는 고농도로 도핑됨)에서 발생한다.^[2] 애벌런치 붕괴는 더 넓은 공핍 영역을 생성하는 저농도 도핑된 접합에서 발생한다. 접합부의 온도 증가는 붕괴에 대한 제너 효과의 기여를 증가시키고, 애벌런치 효과의 기여를 감소시킨다.

참조

_[1] 웹사이트 PN junction breakdown characteristics http://www.circuitst[...] Circuits Today 2009-08-25
_[2] 문서 "Zener and Avalanche Breakdown/Diodes" http://people.seas.h[...] School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University
_[3] 논문 Zener and avalanche breakdown in As-implanted low-voltage Si n-p junctions https://ieeexplore.i[...] 1976-05

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