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場效應(yīng)管雪崩擊穿是什么現(xiàn)象?詳細(xì)解析
類別:媒體報道 發(fā)布時間:2024-12-24 14:49:56 瀏覽人數(shù):10754

在電子工程領(lǐng)域,場效應(yīng)管(Field Effect Transistor,簡稱FET)尤其是功率MOS場效應(yīng)(MOSFET),因其獨特的性能特點,在電源管理、電機(jī)驅(qū)動等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。然而,在使用這些器件時,一個不可忽視的問題就是雪崩擊穿現(xiàn)象。本文將深入解析場效應(yīng)管的雪崩擊穿現(xiàn)象,探討其產(chǎn)生原因、影響因素及可能的應(yīng)用。

雪崩擊穿的定義與產(chǎn)生原因


雪崩擊穿是指在場效應(yīng)管,尤其是MOSFET開通時,由于電壓超過其額定電壓值,導(dǎo)致器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,電流迅速增大的現(xiàn)象。具體來說,當(dāng)施加在MOSFET上的電壓超過某個臨界值(稱為擊穿電壓或雪崩電壓)時,MOSFET的絕緣層內(nèi)的電場強(qiáng)度變得非常高,足以導(dǎo)致絕緣層內(nèi)的電子與空穴產(chǎn)生雪崩效應(yīng)。在雪崩效應(yīng)下,電子和空穴以高能態(tài)的形式產(chǎn)生,并且以非常高的速度在絕緣層內(nèi)移動。這種高速移動的電子和空穴會產(chǎn)生更多的電子空穴對,并引發(fā)連鎖反應(yīng),導(dǎo)致電流迅速增大。



雪崩擊穿的影響因素


額定電壓:MOSFET的額定電壓是其正常工作時的最大電壓值。當(dāng)施加在MOSFET上的電壓超過其額定電壓時,就容易發(fā)生雪崩擊穿現(xiàn)象。因此,額定電壓的大小直接影響了雪崩擊穿的產(chǎn)生。

材料特性:在材料摻雜濃度較低的PN結(jié)中,空間電荷區(qū)的電場隨PN結(jié)反向電壓的增大而增大。這樣,通過空間電荷區(qū)的電子和空穴,獲得的能量在電場作用下增加。在晶體中運行的電子和空穴將不斷的與晶體原子發(fā)生碰撞,通過這樣的碰撞可使束縛在共價鍵中的價電子碰撞出來,產(chǎn)生自由電子和空穴。新產(chǎn)生的載流子在電場作用下撞出其他價電子,又產(chǎn)生新的自由電子和空穴對。如此連鎖反應(yīng),使得阻擋層中的載流子的數(shù)量雪崩式地增加,流過PN結(jié)的電流就急劇增大擊穿PN結(jié),這種碰撞電離導(dǎo)致?lián)舸┓Q為雪崩擊穿。

雪崩擊穿的應(yīng)用


盡管雪崩擊穿通常被視為一種可能導(dǎo)致器件損壞的現(xiàn)象,但在某些應(yīng)用中,如光電探測器,雪崩擊穿被用來實現(xiàn)單光子探測,成為通信網(wǎng)絡(luò)、光譜技術(shù)以及量子通訊等應(yīng)用中的核心部件。此外,南京大學(xué)的研究團(tuán)隊在二維材料垂直異質(zhì)結(jié)中提出和實現(xiàn)了一種新型的PN結(jié)擊穿機(jī)制:彈道雪崩,展現(xiàn)了在低功耗集成電路應(yīng)用中的潛力。

總結(jié)


雪崩擊穿是場效應(yīng)管在高電壓工作條件下可能遇到的一種現(xiàn)象,它涉及到電子和空穴在強(qiáng)電場中的碰撞電離,導(dǎo)致電流急劇增加。了解雪崩擊穿的原理和影響因素對于設(shè)計和應(yīng)用場效應(yīng)管至關(guān)重要,以確保器件的安全運行和可靠性。同時,雪崩擊穿在某些特殊應(yīng)用中也被利用,展現(xiàn)了其在現(xiàn)代電子技術(shù)中的雙重角色。

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