pn结击穿物理知识

pn结击穿(electricalbreakdownofp-njunction)

对pn结施加的反向偏压增大到某一数值VBR时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为pn结击穿。发生击穿时的反向电压称为pn结的'击穿电压。

击穿电压与半导体材料的性质、杂质浓度及工艺过程等因素有关。pn结的击穿从机理上可分为雪崩击穿、隧道击穿和热电击穿三类。前两者一般不是破坏性的，如果立即降低反向电压，pn结的性能可以恢复如果不立即降低电压，pn结就遭到破坏。pn结上施加反向电压时，如没有良好散热条件，将使结的温度上升，反向电流进一步增大，如此反复循环，最后使pn结发生击穿。由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击穿，此类击穿是永久破坏性的。pn结击穿是pn结的一个重要电学性质，击穿电压限制了pn结的工作电压，所以半导体器件对击穿电压都有一定的要求。但利用击穿现象可制造稳压二极管、雪崩二极管和隧道二极管等多种器件。

PN 结构成了几乎所有半导体功率器件的基础，目前常用的半导体功率器件如DMOS，IGBT，SCR 等的反向阻断能力都直接取决于 PN 结的击穿电压，因此，PN 结反向阻断特性的优劣直接决定了半导体功率器件的可靠性及适用范围。在 PN结两边掺杂浓度为固定值的条件下，一般认为除 super junction 之外平行平面结的击穿电压在所有平面结中具有最高的击穿电压。实际的功率半导体器件的制造过程一般会在 PN 结的边缘引入球面或柱面边界，该边界位置的击穿电压低于平行平面结的击穿电压，使功率半导体器件的击穿电压降低。由此产生了一系列的结终端技术来消除或减弱球面结或柱面结的曲率效应，使实际制造出的 PN 结的击穿电压接近或等于理想的平行平面结击穿电压。

当 PN 结的反向偏压较高时，会发生由于碰撞电离引发的电击穿，即雪崩击穿。存在于半导体晶体中的自由载流子在耗尽区内建电场的作用下被加速其能量不断增加，直到与半导体晶格发生碰撞，碰撞过程释放的能量可能使价键断开产生新的电子空穴对。新的电子空穴对又分别被加速与晶格发生碰撞，如果平均每个电子（或空穴）在经过耗尽区的过程中可以产生大于 1 对的电子空穴对，那么该过程可以不断被加强，最终达到耗尽区载流子数目激增，PN 结发生雪崩击穿。

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