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アバランシェ破壊（またはアバランシェ効果）は、絶縁体と半導体の両方の材料で発生する可能性がある現象です。これは電流増幅の一種で、通常は良好な絶縁体である材料内で非常に大きな電流を流すことができます。これは電子アバランシェの一種です。アバランシェプロセスは、遷移領域のキャリアが電界によって加速され、束縛電子との衝突によって可動性または自由電子-正孔対を生成するのに十分なエネルギーに達したときに発生します。
説明
材料は、可動電荷キャリアを含む場合、電気を伝導します。半導体には、自由電子(可動電子) と電子正孔(通常占有されている電子状態から電子が抜けた可動正孔) の 2 種類の電荷キャリアがあります。逆バイアスダイオード内の通常結合電子 (たとえば結合) は、熱変動または励起により解離し、可動電子正孔対 (励起子) を生成します。半導体内に電圧勾配 (電界) がある場合、電子は正電圧に向かって移動し、正孔は負電圧に向かって移動します。通常、電子と正孔は結晶の反対側の端に移動し、適切な電極に入ります。電界が十分に強い場合、可動電子または正孔は、他の結合電子を解放するのに十分な速度まで加速され、より多くの自由電荷キャリアが生成され、電流が増加し、さらに「ノックアウト」プロセスが起こり、雪崩が発生します。このようにして、通常絶縁性の結晶の大部分が伝導し始める可能性があります。
ブレークダウン時の大きな電圧降下と大電流は、必然的に熱の発生につながります。したがって、逆阻止電力アプリケーションに配置されたダイオードは、外部回路が大電流を許容する場合、通常はブレークダウンによって破壊されます。原則として、アバランシェブレークダウンは電子の通過のみを伴い、結晶に損傷を与える必要はありません。アバランシェダイオード(一般に高電圧ツェナーダイオードと呼ばれます) は、均一な電圧でブレークダウンし、ブレークダウン時の電流集中を回避するように作られています。これらのダイオードは、ブレークダウン時に中程度のレベルの電流を無期限に維持できます。
ブレークダウンが発生する電圧はブレークダウン電圧と呼ばれます。ヒステリシス効果があり、アバランシェブレークダウンが発生すると、材料の両端の電圧がブレークダウン電圧を下回っても、材料は引き続き導通します。これは、逆電圧がブレークダウン電圧を下回ると導通を停止する ツェナーダイオードとは異なります。
参照
参考文献
- マイクロエレクトロニクス回路設計 — リチャード C イェーガー — ISBN 0-07-114386-6
- エレクトロニクスの芸術 — ホロウィッツ＆ヒル — ISBN 0-521-37095-7
- コロラド大学による高度な MOSFET 設計ガイド 2006-02-08 にWayback Machineでアーカイブ
- McKay, K. (1954). 「シリコンのアバランシェブレークダウン」. Physical Review . 94 (4): 877–884. Bibcode :1954PhRv...94..877M. doi :10.1103/PhysRev.94.877.
- パワー MOSFET アバランシェ特性と定格 - ST アプリケーション ノート AN2344
- パワー MOSFET アバランシェ設計ガイドライン - Vishay アプリケーション ノート AN-1005