Ruptura por avalancha
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La ruptura por avalancha (o efecto avalancha ) es un fenómeno que puede ocurrir tanto en materiales aislantes como semiconductores . Es una forma de multiplicación de corriente eléctrica que puede permitir corrientes muy grandes dentro de materiales que, de otro modo, son buenos aislantes. Es un tipo de avalancha de electrones . El proceso de avalancha ocurre cuando los portadores en la región de transición son acelerados por el campo eléctrico a energías suficientes para crear pares electrón - hueco móviles o libres a través de colisiones con electrones ligados.
Explicación
Los materiales conducen electricidad si contienen portadores de carga móviles. Hay dos tipos de portadores de carga en un semiconductor: electrones libres (electrones móviles) y huecos de electrones (huecos móviles que son electrones faltantes de los estados de electrones normalmente ocupados). Un electrón normalmente unido (por ejemplo, en un enlace) en un diodo con polarización inversa puede soltarse debido a una fluctuación térmica o excitación, creando un par electrón-hueco móvil ( excitón ). Si hay un gradiente de voltaje (campo eléctrico) en el semiconductor, entonces el electrón se moverá hacia el voltaje positivo mientras que el hueco se moverá hacia el voltaje negativo. Por lo general, el electrón y el hueco simplemente se moverán a extremos opuestos del cristal y entrarán en los electrodos apropiados. Cuando el campo eléctrico es lo suficientemente fuerte, el electrón o hueco móvil puede acelerarse a velocidades lo suficientemente altas como para liberar a otros electrones unidos, creando más portadores de carga libres, aumentando la corriente y dando lugar a más procesos de "eliminación" y creando una avalancha. De esta manera, grandes porciones de un cristal normalmente aislante pueden comenzar a conducir.
La gran caída de tensión y, posiblemente, la gran corriente durante la ruptura conduce necesariamente a la generación de calor. Por lo tanto, un diodo colocado en una aplicación de energía de bloqueo inverso generalmente se destruirá por la ruptura si el circuito externo permite una gran corriente. En principio, la ruptura por avalancha solo implica el paso de electrones y no necesita causar daño al cristal. Los diodos de avalancha (comúnmente encontrados como diodos Zener de alto voltaje ) están construidos para romperse a un voltaje uniforme y evitar la acumulación de corriente durante la ruptura. Estos diodos pueden mantener indefinidamente un nivel moderado de corriente durante la ruptura.
El voltaje al que se produce la ruptura se denomina voltaje de ruptura . Existe un efecto de histéresis : una vez que se ha producido la ruptura por avalancha, el material seguirá conduciendo incluso si el voltaje a través de él cae por debajo del voltaje de ruptura. Esto es diferente de un diodo Zener , que dejará de conducir una vez que el voltaje inverso caiga por debajo del voltaje de ruptura.
Véase también
Referencias
- Diseño de circuitos microelectrónicos — Richard C Jaeger — ISBN 0-07-114386-6
- El arte de la electrónica — Horowitz & Hill — ISBN 0-521-37095-7
- Guía de la Universidad de Colorado para el diseño de MOSFET avanzados Archivado el 8 de febrero de 2006 en Wayback Machine
- McKay, K. (1954). "Ruptura por avalancha en silicio". Physical Review . 94 (4): 877–884. Bibcode :1954PhRv...94..877M. doi :10.1103/PhysRev.94.877.
- Características y clasificaciones de avalancha de MOSFET de potencia: nota de aplicación ST AN2344
- Directrices de diseño de avalanchas de MOSFET de potencia: nota de aplicación AN-1005 de Vishay
