《漲知識啦7》---雪崩擊穿的判斷條件：兩‘系數(shù)’，一‘積分’

大家好，上周小賽收到童鞋的留言，不知道怎么判斷器件是否達到雪崩擊穿？那么本周小賽就給大家細致地講解一下如何去判斷雪崩擊穿的條件。各種電子器件的基礎(chǔ)是pn結(jié)或肖特基結(jié)，反向偏置引起耗盡區(qū)寬度進一步增加，結(jié)區(qū)電場進一步增強，耗盡區(qū)中的載流子在這些電場的作用下進行漂移運動，即載流子通過電場加速獲得了動能，在漂移運動過程中將不可避免的與耗盡區(qū)中的晶格原子發(fā)生碰撞；當反向偏置電壓足夠大時，載流子在電場的加速作用下也獲得了足夠大的動能，當與晶格發(fā)生碰撞時，便存在一定幾率將束縛在晶格原子上的價電子碰撞出來，使其成為自由的導電電子，同時也產(chǎn)生了同樣數(shù)量的空穴，這便是載流子的碰撞電離。今天將要介紹的第一個系數(shù)--碰撞電離系數(shù)，用于對這種現(xiàn)象進行定量的描述，電子或空穴的碰撞電離系數(shù)定義為電子或空穴沿電場方向運動1 cm經(jīng)碰撞電離產(chǎn)生的電子空穴對的數(shù)量，公式由Chynoweth’s Law給出：

在此，小賽也調(diào)研了文獻報道的常用材料4H-SiC、GaN的相關(guān)參數(shù)：

若我們設(shè)定某一耗盡區(qū)寬度為W，在x處一載流子由于碰撞電離生成了一電子空穴對，在電場作用下電子和空穴將朝兩個方向漂移運動，該電子空穴對在運動過程中仍繼續(xù)與晶格碰撞生成電子空穴對，則最終由x處的產(chǎn)生的電子空穴對在耗盡區(qū)中碰撞電離產(chǎn)生的載流子總數(shù)可表達為：

經(jīng)公式推導后可得：

該M(x)表達式便是今天要提到的第二個系數(shù)—倍增系數(shù)。雪崩擊穿的原理是耗盡區(qū)中產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)達到無限大，即M等于無窮大時器件將發(fā)生擊穿，即M(x)表達式分母等于0時，可得：

該積分公式被稱為電離積分，用于數(shù)值計算中判斷雪崩擊穿條件。

-----------參考文獻------------

[2] A.G. Chynoweth, “Ionization Rates for Electrons and Holes in Silicon,” Phys.Rev., vol. 109, no. 5, pp. 1537-1540.

[3] Baliga B . Fundamentals of power semiconductor devices[J]. 2010.