Avalanche Breakdown
Avalanche Breakdown은 일반 PN접합 다이오드에 큰 역전압을 가했을 때 일어난다.
일반적인 다이오드는 약하게 도핑되어 넓은 공핍영역을 가진다.
따라서 본래 역전압에서는 전류가 흐를 수 없다.
하지만 너무 강한 역전압이 다이오드에 공급되면서
전자가 넓은 공핍영역(Depletion Region)을 넘어갈 수 있게 된 것이다. (N영역 -> P영역)
이 Avalanche Breakdown은 "눈사태처럼 전자가 기하급수적으로 불어나는 현상" 을 의미한다.
주요 원인은 "충격이온화 (Impact ionization)" 로 인한 것이다.
가전자에 강한 에너지가 공급되어 자유전자 하나가 생성된다.
이 자유전자는 다른 가전자에 부딪쳐 또 다른 자유전자를 만든다.
그렇게 만들어진 2개의 자유전자가 또 다른 2개의 가전자와 부딪쳐 4개의 자유전자를 만든다.
자유전자가 만들어질 때 마다 가전자 자리에는 정공이 생성된다.
(EHP : Electron Hole Pair)
가전자, 자유전자, 정공, EHP(Electron Hole Pair)
가전자 vs 자유전자 잔자는 원자핵 주위의 다양한 궤도를 형성하며 돌고 있다. 이때 가장 바깥쪽의 궤도에 돌고 있는 전자를 최외각전자라고 한다. 이들 중 화학 반응에 참여할 수 있는 전자가
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이런 식으로 자유전자와 정공이 기하급수적으로 늘어난다.
그 말은 전류를 생성하는 캐리어의 증가를 뜻한다.
이로 인해 전류는 급상승하게 된다.
오른쪽 회로는 -100V ~ +100V를 다이오드에 공급하는 시뮬레이션이다.
아래 그래프를 보면 -75V에서 -15nA였던 전류가 급격하게 흐르는 것을 볼 수 있다.
강한 역전압이 다이오드에 흐르다 보니 -75V에서
Avalanche Breakdown 현상이 일어나 역전류가 흐르는 것이다.
Avalanche Breakdown이 일어난 다이오드는 파괴되어 사용할 수 없게된다.
하지만 Avalanche Breakdown이 일어나지 않는 다이오드가 있다.
Avalanche Breakdown을 응용하여 Zener Breakdown 현상이 나타나게 만든 Zener 다이오드이다.
Avalanche Breakdown는 약하게 도핑되어 공핍영역이 큰 다이오드에 일어나는 반면
Zener Breakdown은 강하게 도핑되어 PN 접합 부분에 공핍영역이 좁게 형성되어 일어난다.
따라서 적은 역전압으로도 Zener Breakdown 현상을 일으킬 수 있다.
정리하자면 아래 표와 같다.
| Avalanche Breakdown | 약한 도핑(넓은 공핍영역) | 강한 역전압 |
| Zener Breakdown | 강한 도핑(좁은 공핍영역) | 약한 역전압 |
다음엔 Zener Breakdown 현상에 대해 다뤄보겠다.
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