了解二极管击穿电压
关键的外卖
二极管是电子学中表现出整流行为的基本半导体元件。
二极管的电特性取决于用于制造该元件的半导体材料。
二极管的反向击穿电压是一种电学特性，它在很大程度上取决于半导体中的掺杂和材料特性。
下面是如何计算二极管的击穿电压，就像这个简单的pn二极管。
没有半导体，现代电子就不可能存在，而最基本的半导体器件之一就是二极管。任何记得电子学基础课程的人都应该记得二极管的功能:迫使电流向一个方向流动。然而，所有二极管都有击穿电压，超过该电压二极管将允许电流以相反的方向流动(从阴极到阳极)。这在一些应用中是非常重要的，如电桥整流、ESD保护、电压调节等等。
现在的问题是，在击穿发生之前，二极管可以被驱动到多高的反向偏压?如果你是一个组件设计师，或者你正在构建一个系统，通过一个独特的信号标准与其他组件接口，二极管的击穿电压就变得非常重要。下面是击穿电压是如何产生的，以及它对你的组件意味着什么。
二极管击穿电压方程
所有二极管在正向偏压下驱动时都表现出整流，在反向偏压下驱动时则表现出击穿行为。在高反向偏置下，产生击穿和驱动电流流动的确切机制在各种二极管(pn二极管、肖特基二极管或齐纳二极管)中是不同的。当观察描述二极管电流的方程时，只考虑正向电流;二极管击穿产生的反向电流不在这个方程中。
因此，我们可以问，二极管的击穿电压是多少?答案通常在数据表中找到，但如何计算这个值呢?不幸的是，没有一个适用于所有器件的二极管击穿方程。有几个因素决定半导体二极管的击穿电压:
物理机制:两种不同的物理机制在不同的二极管中占主导地位:雪崩和隧穿。这两种机制在击穿过程中可以同时发生，但只有一种机制占主导地位。
掺杂分布:掺杂剂的分布和二极管中的任何分级都会影响击穿电压。
几何结构:二极管的几何形状影响场分布，特别是在二极管边缘附近。
因为确切的击穿电压将取决于这些复杂的因素，没有一个单一的击穿电压公式适用于所有的二极管。然而，有一些经验结果和量子力学的一个重要方程可以帮助你理解二极管中的击穿电压。
雪崩击穿
在低载流子密度下，雪崩击穿是在高反向偏置电压下驱动大电流的主要机制。在这里，二极管没有特定的击穿电压，尽管在反向偏置中电流和外加电压之间存在关系。这被表述为一个乘法因子，总电流是这个因子和饱和电流的乘积。
二极管雪崩击穿的倍增因子。
在上式中，n的取值范围为2到6。在高载流子密度下，量子隧穿成为控制电荷通过二极管传输的主要机制。这种反向偏压传输类型被称为隧穿击穿。
隧道击穿
隧穿总是发生在电荷载流子(电子)遇到势垒时，例如齐纳二极管中p型和n型区域之间的势垒。一旦半导体异质结中的载流子浓度超过~1017厘米3，隧穿将成为主要击穿机制。在这里，您可以根据施加的电压计算隧穿电流，但没有特定的击穿电压。通过计算穿过结的隧穿概率作为掺杂剖面的函数，可以用下面的公式计算穿过异质结的电流密度。
二极管击穿产生的隧穿电流。
这些符号的定义可以在许多半导体器件教科书中找到。注意，通过结V(x)的势能取决于掺杂曲线和外加电压，所以这个方程很好地捕捉了二极管内载流子的分布。由于这种击穿是由于结区载流子浓度较高而发生的，因此击穿电压低于雪崩击穿所对应的电压。
包括SPICE模拟中的二极管击穿电压
基本电路模拟器并不总是在二极管的电气模型中包括击穿电压。正向电流方程通常使用一个典型的理想因子和饱和电流值。这是用标准二极管方程来完成的，该方程可以在简单的模拟电路模拟器中进行数值定义。
SPICE模拟器采用不同的方法，使用一组标准电参数来全面描述任何二极管的行为。这些参数的值可以从数据表或测量中确定。这些电气参数包括:
饱和电流
寄生串联电阻
发射系数(范围1 ~ 2)
渡越时间
零偏置结电容
内置电压横跨结
结级掺杂系数(线性级配0.33，突变级配0.5)
活化能
饱和电流温度指数
正向偏置耗尽电容系数
反向击穿电压和电流
最好的基于spice的电路模拟器将使您能够访问实际二极管(如1NXXXX二极管)的标准模型。这些模型文件包括预定义的电气参数值。当为不同的二极管创建组件模型时，需要在模拟之前将电参数从测量或数据表复制到模型文件中。完成此操作后，可以将模型附加到新的组件模型上进行标准模拟，如瞬态分析或参数扫描。在这些模型中，反向击穿电压被明确地包括在内，不需要直接使用上面给出的公式计算。
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