《涨知识啦7》---雪崩击穿的判断条件：两‘系数’，一‘积分’

《涨知识啦7》---雪崩击穿的判断条件：两‘系数’，一‘积分’

大家好，上周小赛收到童鞋的留言，不知道怎么判断器件是否达到雪崩击穿？那么本周小赛就给大家细致地讲解一下如何去判断雪崩击穿的条件。各种电子器件的基础是pn结或肖特基结，反向偏置引起耗尽区宽度进一步增加，结区电场进一步增强，耗尽区中的载流子在这些电场的作用下进行漂移运动，即载流子通过电场加速获得了动能，在漂移运动过程中将不可避免的与耗尽区中的晶格原子发生碰撞；当反向偏置电压足够大时，载流子在电场的加速作用下也获得了足够大的动能，当与晶格发生碰撞时，便存在一定几率将束缚在晶格原子上的价电子碰撞出来，使其成为自由的导电电子，同时也产生了同样数量的空穴，这便是载流子的碰撞电离。今天将要介绍的第一个系数--碰撞电离系数，用于对这种现象进行定量的描述，电子或空穴的碰撞电离系数定义为电子或空穴沿电场方向运动1 cm经碰撞电离产生的电子空穴对的数量，公式由Chynoweth’s Law给出：

在此，小赛也调研了文献报道的常用材料4H-SiC、GaN的相关参数：

若我们设定某一耗尽区宽度为W，在x处一载流子由于碰撞电离生成了一电子空穴对，在电场作用下电子和空穴将朝两个方向漂移运动，该电子空穴对在运动过程中仍继续与晶格碰撞生成电子空穴对，则最终由x处的产生的电子空穴对在耗尽区中碰撞电离产生的载流子总数可表达为：

经公式推导后可得：

该M(x)表达式便是今天要提到的第二个系数—倍增系数。雪崩击穿的原理是耗尽区中产生的电子空穴对数达到无限大，即M等于无穷大时器件将发生击穿，即M(x)表达式分母等于0时，可得：

该积分公式被称为电离积分，用于数值计算中判断雪崩击穿条件。

-----------参考文献------------

[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.