Zener-effektus

A Zener-effektus a PN-átmenettel rendelkező félvezetőkben tapasztalható jelenség.

Ezt az effektust Clarence Zener, amerikai fizikus fedezte fel, ezért róla nevezték el a jelenséget.

Dióda I-V görbéjén a Zener-, és lavina-effektus

A záróirányban előfeszített p-n átmenet elektromos letörési tartományba kerül, ahol az elektromos tér hatására a félvezető atomok kovalens kötése megszűnik és a kisebbségi töltéshordozók száma megnő, melynek eredményeként megnő a záróirányú áram.

A Zener-effektus gyakorlati alkalmazása az úgynevezett Zener-dióda, vagy más néven a Z-dióda.

Mechanizmus

Nagy záróirányú feszültség hatására a p-n átmenet kiürített rétege kiterjed, mely egy nagy elektromos teret eredményez az átmenetben. Ez az elektromos tér okozza a félvezető atomok kovalens kötéseinek feltörését, mely felszabadít nagy mennyiségű kisebbségi töltéshordozót. Ez hirtelen megnöveli a záróirányú áramot és meredeken csökken a Zener dióda ellenállása, egy közel állandó feszültség mellett, megnő az áram.

Összefüggés a lavina-hatással

A Zener-effektus különbözik a lavina-effektustól, ahol a szabad elektronok a nagy térerősség hatására gyorsulnak, mozgási energiájuk megnő. A kristály atomjaiba ütközve a leadott energia újabb elektronokat szakít ki a kötésből, ami lavina-effektust eredményez, és a záróréteget hirtelen elárasztják az elektronok és a lyukak, az áram ugrásszerűen megnő.

A Zener-, vagy lavina-effektus egymástól függetlenül is előfordulhat.

Általában a Zener-effektusnál a letörési feszültség 5V alatt van, míg 5V felett lavina-effektus jön létre. Az 5V körüli letörés rendszerint a két effektus kombinációját eredményezi. A Zener letöréskor az elektromos térerősség közel $3x10^{7}$ V/m. A Zener letörés erősen szennyezett átmeneteknél fordul elő ( p típusú félvezetőknél mérsékelten szennyezett, n típusú esetben erősen szennyezett), mely egy vékony kiürített réteget hoz létre.

A Zener-effektuson alapuló Zener-diódákat az elektronikában feszültségstabilizálásra és feszültség határolásra használják.

A lavina-effektus enyhén szennyezett átmeneteknél fordul elő, mely egy szélesebb kiürített réteget produkál.

A hőmérséklet emelkedése csökkenti a Zener-effektust és növeli a lavina-effektust.

Kapcsolódó szócikkek

• Félvezető
• Z-dióda
• p-n átmenet
• Clarence Zener
• Landau–Zener-formula
• Hollomon–Jaffe-paraméter
• Adiabatikus-elmélet
• Lavina-effektus
• https://web.archive.org/web/20101123000116/http://www.fke.bme.hu/oktatas/meresek/4.pdf