A1 Tunnel et effet de panne (Breakdown)

Topique

Cette jonction p-n, fortement dopée des deux côtés et soumise à un champ électrique très intense en polarisation inverse, cesse de bloquer le courant inverse qu'elle bloque normalement. En effet, le champ électrique très intense réduit tellement la zone de déplétion de cette jonction p-n fortement dopée que, selon le mécanisme de Fowler-Nordheim, les électrons effectuent un effet tunnel direct de la bande de valence à la bande de conduction, sans nécessiter l'énergie d'un saut de bande classique. Ce courant d'électrons effectuant un effet tunnel entre les bandes constitue le courant de claquage Zener de cette jonction p-n fortement dopée. Un champ électrique encore plus intense appliqué à cette même jonction p-n fortement dopée réduit davantage la zone de déplétion, ce qui provoque une augmentation rapide du courant de claquage Zener.

Cette même jonction p-n, lorsqu'elle est faiblement dopée des deux côtés et soumise à un champ électrique inverse très intense, ne se rompt pas par effet tunnel (effet Zener), mais par multiplication en avalanche. Dans cette jonction p-n faiblement dopée, la zone de déplétion est trop large pour que l'effet tunnel interbande soit significatif. Cependant, ce même champ électrique très intense accélère les quelques porteurs de charge libres qui traversent cette zone jusqu'à ce que, par ionisation par impact, chacun de ces porteurs accélérés libère, lors d'une collision, une paire électron-trou supplémentaire. Ces mêmes paires électron-trou, accélérées à leur tour par ce même champ électrique intense, libèrent encore plus de paires électron-trou. L'intensité plus élevée de ce champ électrique, dans cette jonction p-n faiblement dopée, amplifie l'ionisation par impact, et par conséquent, augmente le nombre de paires électron-trou supplémentaires à chaque collision successive de cette multiplication en avalanche.

Ce modèle, intégrant le courant de claquage Zener et la multiplication par avalanche à l'origine de l'ouverture de la jonction, démontre que ces deux mécanismes, prédominants selon le dopage de la jonction p-n, déterminent conjointement sa tension de claquage – le champ électrique inverse ne pouvant plus bloquer cette jonction. Un autre modèle de cet ensemble décrit ce phénomène plus en détail : une jonction p-n fortement dopée atteint cette tension de claquage grâce au courant de claquage Zener par effet tunnel, tandis qu'une jonction p-n faiblement dopée l'atteint par multiplication par avalanche via l'ionisation par impact. Le fait que cette jonction p-n présente un dopage intermédiaire, sans être clairement dopée ni fortement ni faiblement, implique que cette tension de claquage résulte donc de la combinaison des deux mécanismes, le courant de claquage Zener et la multiplication par avalanche, agissant conjointement.

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