當(dāng)反向電壓增大到一定數(shù)值時，反向電流突然增加。就是反向電擊穿。它分雪崩擊穿和齊納擊穿（隧道擊穿）。

 

雪崩擊穿是PN結(jié)反向電壓增大到一數(shù)值時，載流子倍增就像雪崩一樣，增加得多而快。

 

利用這個特性制作的二極管就是雪崩二極管

雪崩擊穿是在電場作用下，載流子能量增大，不斷與晶體原子相碰，使共價鍵中的電子激發(fā)形成自由電子-空穴對。新產(chǎn)生的載流子又通過碰撞產(chǎn)生自由電子-空穴對，這就是倍增效應(yīng)。1生2，2生4，像雪崩一樣增加載流子。

 

 

齊納擊穿完全不同，在高的反向電壓下，PN結(jié)中存在強(qiáng)電場，它能夠直接破壞共價鍵將束縛電子分離來形成電子-空穴對，形成大的反向電流。齊納擊穿需要的電場強(qiáng)度很大！只有在雜質(zhì)濃度特別大的PN結(jié)才做得到。（雜質(zhì)大電荷密度就大）

 

一般的二極管摻雜濃度沒這么高，它們的電擊穿都是雪崩擊穿。齊納擊穿大多出現(xiàn)在特殊的二極管中，就是穩(wěn)壓二極管

 

它是在外加電壓作用下可以產(chǎn)生高頻振蕩的晶體管。產(chǎn)生高頻振蕩的工作原理是：利用雪崩擊穿對晶體注入載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時間，所以其電流滯后于電壓，出現(xiàn)延遲時間，若適當(dāng)?shù)乜刂贫稍綍r間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，從而產(chǎn)生高頻振蕩。它常被應(yīng)用于微波領(lǐng)域的振蕩電路中。

 

工作原理

在材料摻雜濃度較低的PN結(jié)中，當(dāng)PN結(jié)反向電壓增加時，空間電荷區(qū)中的電場隨著增強(qiáng)。這樣，通過空間電荷區(qū)的電子和空穴，就會在電場作用下獲得的能量增大，在晶體中運(yùn)動的電子和空穴將不斷地與晶體原子又發(fā)生碰撞，當(dāng)電子和空穴的能量足夠大時，通過這樣的碰撞的可使共價鍵中的電子激發(fā)形成自由電子–空穴對。新產(chǎn)生的電子和空穴也向相反的方向運(yùn)動，重新獲得能量，又可通過碰撞，再產(chǎn)生電子–空穴對，這就是載流子的倍增效應(yīng)。當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值后，載流子的倍增情況就像在陡峻的積雪山坡上發(fā)生雪崩一樣，載流子增加得多而快，這樣，反向電流劇增， PN結(jié)就發(fā)生雪崩擊穿。利用該特點(diǎn)可制作高反壓二極管。下圖是雪崩擊穿的示意圖。

 

 

雪崩二極管是一種負(fù)阻器件，特點(diǎn)是輸出功率大，但噪聲也很大。主要噪聲來自于雪崩噪聲，是由于雪崩倍增過程中產(chǎn)生電子和空穴和無規(guī)則性所引起的，其性質(zhì)和散彈噪聲類似。雪崩噪聲是雪崩二極管振蕩器的噪聲遠(yuǎn)高于其它振蕩器的主要原因。

 

雪崩二極管如何幫助防止過電壓

 

當(dāng)IGBT在高性能應(yīng)用中高速接通和斷開時，總會發(fā)生過壓。例如，當(dāng)關(guān)閉負(fù)載電流電路時，集電極 - 發(fā)射極電壓突然上升，達(dá)到非常高的峰值。由開關(guān)引起的過電壓會嚴(yán)重?fù)p壞甚至破壞開關(guān)晶體管。

 

常見的過電壓保護(hù)方法是“有源鉗位（active clamping）”。在這種情況下，雪崩二極管用作直接反饋。如果關(guān)斷導(dǎo)致電感負(fù)載過壓峰值，則由雪崩二極管傳導(dǎo)至IGBT柵極，并且IGBT重新接通。

 

 

上圖顯示了基本原理：當(dāng)電壓上升時，二極管被阻斷（A）。在耗盡區(qū)中，一個自由電子觸發(fā)雪崩的瞬間，電壓突然下降到低于30V的擊穿電壓電平，雪崩二極管立刻擊穿（B）。在重新啟動之前，有時只能保持雪崩電流在短時間內(nèi)穩(wěn)定，并且電壓再次上升（C）。擊穿延遲（D）即兩次擊穿事件之間的時間，是不能預(yù)測的。

 

建議將具有改善噪聲性能的雪崩二極管用于有源鉗位過壓保護(hù)，因?yàn)樗鼈兡軌颍?/div>