雪崩二極管是利用半導(dǎo)體PN結(jié)中的雪崩倍增效應(yīng)及載流子的渡越時(shí)間效應(yīng)產(chǎn)生微波振蕩的半導(dǎo)體器件。如果在二極管兩端加上足夠大的反向電壓，使得空間電荷區(qū)展寬，從N+P結(jié)處一直展寬到IP+結(jié)處。雪崩二極管常被應(yīng)用于微波領(lǐng)域的振蕩電路中，那么其的工作原理是如何的?下面一起來(lái)看看：

1.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(shí)，空間電荷區(qū)中的電場(chǎng)隨著增強(qiáng)。這樣，通過(guò)空間電荷區(qū)的電子和空穴，就會(huì)在電場(chǎng)作用下獲得的能量增大，在晶體中運(yùn)動(dòng)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(shí)，通過(guò)這樣的碰撞的可使共價(jià)鍵中的電子激發(fā)形成自由電子–空穴對(duì)。新產(chǎn)生的電子和空穴也向相反的方向運(yùn)動(dòng)，重新獲得能量，又可通過(guò)碰撞，再產(chǎn)生電子–空穴對(duì)，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。下圖是雪崩擊穿的示意圖。

2.微波振蕩

雪崩二極管能以多種模式產(chǎn)生振蕩，其中主要有碰撞雪崩渡越時(shí)間(IMPATT)模式，簡(jiǎn)稱崩越模式。其基本工作原理是：利用半導(dǎo)體PN結(jié)中載流子的碰撞電離和渡越時(shí)間效應(yīng)產(chǎn)生微波頻率下的負(fù)阻，從而產(chǎn)生振蕩。

另一種重要的工作模式是俘獲等離子體雪崩觸發(fā)渡越時(shí)間(TRAPATT)模式，簡(jiǎn)稱俘越模式。這種模式的工作過(guò)程是在電路中產(chǎn)生電壓過(guò)激以觸發(fā)器件，使二極管勢(shì)壘區(qū)充滿電子-空穴等離子體，造成器件內(nèi)部電場(chǎng)突然降低,而等離子體在低場(chǎng)下逐漸漂移出勢(shì)壘區(qū)。因此這種模式工作頻率較低，但輸出功率和效率則大得多。

除上述兩種主要工作模式以外，雪崩二極管還能以諧波模式、參量模式、靜態(tài)模式以及熱模式工作。

3.分類

雪崩二極管分單漂移區(qū)雪崩二極管和雙漂移區(qū)雪崩二極管。

單漂移區(qū)雪崩二極管的結(jié)構(gòu)有PN、PIN、PNN(或NPP)、PNIN(或NPIP)、MNN。其中PNN結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單,在適中的電流密度下能獲得較大的負(fù)阻，且頻帶較寬，因此在工業(yè)中應(yīng)用較多。

雙漂移區(qū)雪崩二極管是1970年以后出現(xiàn)的，其結(jié)構(gòu)為PPNN，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于兩個(gè)互補(bǔ)單漂移區(qū)雪崩二極管的串聯(lián)，從而有效地利用了電子和空穴漂移空間，因此輸出功率和效率均較高。

雪崩二極管作用

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(lái)自于雪崩噪聲，是由于雪崩倍增過(guò)程中產(chǎn)生電子和空穴和無(wú)規(guī)則性所引起的，其性質(zhì)和散彈噪聲類似。

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

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(duì)晶體注入載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時(shí)間，所以其電流滯后于電壓，出現(xiàn)延遲時(shí)間，若適當(dāng)?shù)乜刂贫稍綍r(shí)間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會(huì)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。

以上就是《一文了解雪崩二極管的工作原理及作用！》的所有內(nèi)容了，由于雪崩二極管具有功率大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，而且是固體微波源，特別是毫米波發(fā)射源的主要功率器件，因此廣泛地使用于雷達(dá)、通信、遙控、遙測(cè)、儀器儀表中。