アバランシェダイオード

電子工学において、アバランシェダイオードは、指定された逆バイアス電圧でアバランシェブレークダウンを起こすように設計されたダイオード（シリコンまたはその他の 半導体で作られている）です。アバランシェダイオードの接合部は、電流の集中とそれに伴うホットスポットを防ぐように設計されているため、ダイオードはブレークダウンによって損傷を受けません。アバランシェブレークダウンは、少数キャリアが十分に加速されて結晶格子内でイオン化を起こし、より多くのキャリアが生成され、さらにイオン化が促進されることによって発生します。アバランシェブレークダウンは接合部全体で均一であるため、アバランシェ非発生ダイオードと比較すると、ブレークダウン電圧は電流の変化に対してほぼ一定です^{[説明が必要]}。^[1]

ツェナーダイオードは、ツェナーブレークダウンに加えて、明らかに同様の効果を示します。このようなダイオードには両方とも効果がありますが、通常は一方が他方を支配します。アバランシェダイオードはアバランシェ効果に最適化されているため、ブレークダウン条件下では小さいながらも大きな電圧降下を示します。一方、ツェナーダイオードは常にブレークダウンよりも高い電圧を維持します。^{[疑わしい–議論する]} この機能は、単純なツェナーダイオードよりも優れたサージ保護を提供し、ガス放電管の代替品として機能します。アバランシェダイオードは電圧の小さな正の温度係数を持ちますが、ツェナー効果に依存するダイオードは負の温度係数を持ちます。^{[2] [疑わしい–議論する]}

ブレークダウン後の電圧は、電流の変化によってわずかにしか変化しません。このため、アバランシェ ダイオードは電圧基準の一種として役立ちます。定格が約 6 ～ 8 ボルトを超える電圧基準ダイオードは、通常、アバランシェ ダイオードです。

一般的な用途は、電子回路を高電圧による損傷から保護することです。アバランシェ ダイオードは、逆バイアスがかかるように回路に接続されます。つまり、アノードに対してカソードが正になります。この構成では、ダイオードは非伝導であり、回路に干渉しません。電圧が設計限度を超えて増加すると、ダイオードはアバランシェ ブレークダウン状態になり、有害な電圧がグランドに伝導されます。このように使用される場合、最大電圧を所定のレベルに固定または「クランプ」するため、クランプ ダイオードまたは過渡電圧サプレッサと呼ばれることがよくあります。アバランシェ ダイオードは、通常、クランプ電圧V _BRと、吸収できる過渡エネルギーの最大量 (エネルギー (ジュール単位) またはで指定) によってこの役割が指定されます。アバランシェ ブレークダウンは、ダイオードが過熱するのを防いでいる限り、破壊的ではありません。 ${\displaystyle i^{2}rt}$

アバランシェ ダイオードは無線周波数ノイズを生成します。これらは、無線機器やハードウェア乱数発生器のノイズ源としてよく使用されます。たとえば、アンテナ アナライザブリッジの RF 源としてよく使用されます。アバランシェ ダイオードは、ホワイト ノイズ発生器としても使用できます。

共振回路に配置すると、アバランシェ ダイオードは負性抵抗デバイスとして機能します。IMPATTダイオードは、周波数生成に最適化されたアバランシェ ダイオードです。

これらはドープされたシリコンから作られており、アバランシェブレークダウン効果を利用して単一光子を検出する。シリコンアバランシェフォトダイオードは高ゲイン光子検出器である。これらは「高速、低光レベルアプリケーションでの使用に最適」である。^[3]アバランシェフォトダイオードは、ブレークダウン電圧よりわずかに低い、最大数百ボルトの逆バイアス電圧で動作する。この状態では、入射光子によって生成された電子-正孔対が電界から大量のエネルギーを奪い、より多くの二次電荷キャリアを生成する。これらの電子デバイスでは、わずか 1 つの光子の光電流を記録できる。

• アバランシェトランジスタ
• 過渡電圧抑制ダイオード