A1 Túnel e efeito de avaria (Breakdown)

Tópico

Esta junção p-n, quando fortemente dopada em ambos os lados e submetida a um campo elétrico muito alto sob polarização reversa, deixa de bloquear a corrente reversa que normalmente bloqueia. Isso ocorre porque o campo elétrico muito alto estreita a região de depleção desta junção p-n fortemente dopada a tal ponto que, de acordo com o mecanismo de Fowler-Nordheim, os elétrons tunelam diretamente da banda de valência para a banda de condução, sem a necessidade da energia requerida para um salto de banda clássico. Essa corrente de elétrons tunelando de banda para banda constitui a corrente de ruptura Zener desta junção p-n fortemente dopada. Um campo elétrico ainda mais alto aplicado a esta mesma junção p-n fortemente dopada estreita ainda mais a região de depleção, fazendo com que a corrente de ruptura Zener aumente rapidamente.

Essa mesma junção p-n, quando levemente dopada em ambos os lados e submetida a um campo elétrico muito alto em polarização reversa, não sofre ruptura por efeito Zener devido ao efeito túnel, mas sim por multiplicação em avalanche: nessa junção p-n levemente dopada, a região de depleção é muito ampla para que o efeito túnel banda a banda seja significativo, mas esse mesmo campo elétrico muito alto acelera os poucos portadores de carga livres que atravessam essa região de depleção até que, por ionização por impacto, cada um desses portadores acelerados libere, ao colidir, um par elétron-buraco adicional. São esses mesmos pares elétron-buraco adicionais que, acelerados por esse mesmo campo elétrico muito alto, liberam ainda mais pares elétron-buraco. O fato de esse campo elétrico ser mais intenso, nessa mesma junção p-n levemente dopada, faz com que essa ionização por impacto multiplique, consequentemente, um número maior desses pares elétron-buraco adicionais em cada colisão sucessiva dessa multiplicação em avalanche.

Portanto, este modelo, com a corrente de ruptura Zener e a multiplicação por avalanche que abriu a junção, mostra que ambos os mecanismos, cada um dominante dependendo da dopagem desta junção p-n, determinam em conjunto a tensão de ruptura desta junção p-n — o campo elétrico reverso que não consegue mais bloquear esta junção p-n. Outro modelo deste conjunto descreve isso com mais detalhes: uma junção p-n fortemente dopada atinge essa tensão de ruptura através desta corrente de ruptura Zener via tunelamento, enquanto uma junção p-n levemente dopada a atinge, em vez disso, através desta multiplicação por avalanche por ionização por impacto. O fato de esta junção p-n ser dopada de forma intermediária, sem ser claramente nem fortemente dopada nem levemente dopada, significa que esta tensão de ruptura resulta, consequentemente, de uma combinação de ambos os mecanismos, a corrente de ruptura Zener e esta multiplicação por avalanche, atuando em conjunto e não separadamente.

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