Appendix. Breakdown 현상

Breakdown 현상에 대해 빠뜨린것같아 이번 포스팅에서 보충하겠습니다.

PN접합 다이오드의 Breakdown 현상에 대해 알아보겠습니다.

위 그래프에서 Knee Voltage와 Breakdown Voltage가 있습니다. 이 두가지 전압에대해 정의하겠습니다.

Knee Voltage : 다이오드의 출력 전류가 발생하는 부분의 전압

Breakdown Voltage : 항복전압이라고하며, 역방향전압의 크기가 어느 수준을 넘어서면 Avalanching 현상을 일으켜 큰 전류가 발생하는 지점

 

Breakdown 현상이 발생하는 이유는 크게 2가지 원인이 있습니다.

하나는 제너항복현상 즉,터널링으로 인한 현상이고, 하나는 애벌랜칭(Avalanching)이 있습니다.

이 두가지 원인들에대해 알아보겠습니다.

 

1. Zener Breakdown, 터널링 현상 (Tunneling Breakdown)

제너 항복현상 (Zener Breakdown)이 일어나는 이유는 아래와 같습니다.

1. 높은 도핑농도로 인해, 공핍영역의 크기가 매우 작음

2. 같은 에너지준위에서 한 곳은 전자가 채워져있고, 다른 쪽은 비워져 있는 상태

위 그림을 보면 두가지 요소가 모두 충족되어 있습니다.

따라서 양자역학적으로 전자가 P-Type반도체의 Valence Band로 전기장에 의해 확률적으로 넘어갈 수 있습니다.

즉, 이러한 전기장이 생성되려면 원자의 결합을 끊을 수 있는 강한 전압이 인가가 되어야하는데,

 전압이 바로 Breakdown Voltage입니다.

 

2. Avalnching Breakdown 현상

마찬가지로 강한 역방향 전압이 인가되었을 때, 평소와 같이 전자 하나가 열운동에의해 공핍영역으로 들어갑니다.

하지만 이번에는 전기장의 크기가 평소보다 매우 큰 상태입니다.

드리프트 전류식을 살펴보면,

전기장에 크기에 의해, 엄청난 가속을 받을 수 있습니다.

이때 매우 빠른 속도로 가속된 전자가 이동하면서, 주변의 격자들과 충돌하여 이온화를 시킵니다.(Impact Ionization)

이온화가 되면서 EHP (Electron Hole Pair)가 발생하여, 또 강한 전계에 지배를 받아 가속됩니다.

이러한 현상이 지속 및 반복되면서 마치 산사태를 일으킨다고 하여 Avalanching Breakdown이라고 부릅니다.