Chương 3 Chuyển tiếp N
3.4. Cơ chế đánh thủng chuyển tiếp PN
Như trên đã phân tích khi phân cực ngược chuyển tiếp PN đạt tới trạng thái dòng bão hòa, cho dù có tăng điện áp phân cực ngược thì dòng dò qua chuyển tiếp PN cũng không thay đổi. Mặc dù vậy, nếu tăng điện áp quá lớn vượt quá giá trị chịu đựng của chuyển tiếp PN sẽ làm dòng qua chuyển tiếp tăng lên một cách đột ngột. Ta gọi đó là hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp PN. Điện áp ngược ứng với điểm này gọi là điện áp đánh thủng UBR. Hiện tượng đánh thủng làm dòng tăng lên đột ngột dễ dẫn tới làm hỏng linh kiện. Do đó khi thiết kế cần có các biện pháp tránh quá dòng. Tuy nhiên người ta cũng lợi dụng hiện tượng này để chế tạo ra một số linh kiện hoạt động ở chế độ đánh thủng, điện hình là diode ổn áp Zener.
Đánh thủng chuyển tiếp PN có thể do nhiều nguyên nhân như nhiệt độ, dòng điện hoặc do cả hai. Khi xảy ra hiện tượng đánh thủng dòng tăng lên đột ngột tương ứng số hạt dẫn tăng lên đột ngột. Có hai cơ chế đánh thủng về dòng điện là cơ chế xuyên hầm và cơ chế thác lũ.
61
Khi điện áp phân cực ngược tăng, điện trường trong vùng nghèo cũng tăng lên. Do đó, các hạt dẫn bị cuốn qua nó cũng có một động năng lớn. Khi động năng đủ lớn trong qúa trình chuyển động các hạt dẫn va chạm với nguyên tử và truyền một phần động năng cho các điện tử lớp ngoài cùng làm cho các điện tử này có đủ năng lượng bắn ra khỏi nguyên tử làm cho số hạt dẫn trong vùng nghèo tăng lên. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng ion hóa do va chạm. Số điện tử tự do mới được sinh ra này cũng được điện trường gia tốc và lại va chạm với các nguyên tử khác làm bắn ra các điện tử thứ cấp mới. Hiện tượng này xảy ra liên tiếp và nhanh chóng làm số hạt dẫn tăng lên đột ngột. Khi đó điện trở suất của bán dẫn giảm đi và dòng tăng lên đột ngột. Cơ chế này được gọi là cơ chế thác lũ. Đánh thủng theo cơ chế này gọi là đánh thủng thác lũ.
Điện trường ngược không chỉ gia tốc các hạt dẫn thiểu số mà còn cung cấp năng lượng cho các điện tử lớp ngoài cùng của nguyên tử bán dẫn. Nếu các điện tử nhận đủ năng lượng chúng có thể tách ra khỏi nguyên tử trở thành điện tử tự do. Hiện tượng ion hóa này được gọi là hiện tượng ion hóa điện trường. Nếu hiện tượng này xảy ra với nhiều nguyên tử sẽ làm cho số hạt dẫn tăng lên một cách đột ngột làm dòng ngược tăng lên một cách đột ngôt. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng đánh thủng xuyên hầm.