Dlaczego i jak dochodzi do awarii w diodach o odwróconym polaryzacji?

Awarie diod polaryzacji zaporowej występują głównie w wyniku przyłożenia napięcia przekraczającego znamionowe napięcie przebicia diody. Kiedy dioda jest spolaryzowana zaporowo, co oznacza, że ​​napięcie na niej jest przyłożone w kierunku przeciwnym do zamierzonego działania w kierunku przewodzenia, wystarczająco wysokie napięcie wsteczne może spowodować, że dioda będzie silnie przewodzić. Taka sytuacja prowadzi do awarii, podczas której dioda przewodzi duży prąd w sposób niekontrolowany, co może spowodować jej trwałe uszkodzenie, jeśli prąd przekroczy jej maksymalne wartości znamionowe.

Występowanie przebicia przy polaryzacji zaporowej jest zasadniczo spowodowane polem elektrycznym w obszarze zubożenia diody. W przypadku odwrotnego polaryzacji to pole elektryczne może stać się wystarczająco silne, aby spowodować przyspieszenie elektronów i dziur w obszarze zubożenia, co prowadzi do zderzenia, a w konsekwencji do wygenerowania par elektron-dziura. Zjawisko to powoduje nagły wzrost prądu płynącego przez diodę, zwany prądem przebicia, który, jeśli nie jest kontrolowany, może prowadzić do przegrzania i ostatecznej awarii.

Na awarię diody wpływa kilka czynników, w tym właściwości materiału półprzewodnika, z którego jest wykonana, fizyczne wymiary struktury diody oraz wielkość przyłożonego napięcia wstecznego. Różne typy diod mają różne mechanizmy i właściwości przebicia, np. diody Zenera zaprojektowane do pracy w trybie przebicia odwrotnego w celu regulacji napięcia, podczas gdy inne, takie jak standardowe diody prostownicze, zazwyczaj nie są przeznaczone do pracy w trybie przebicia.

Napięcie przebicia diody o polaryzacji zaporowej odnosi się do określonego napięcia, przy którym dioda zaczyna silnie przewodzić w kierunku zaporowym, co prowadzi do awarii. Napięcie to jest krytycznym parametrem określonym przez producenta i wskazuje maksymalne napięcie wsteczne, jakie dioda może wytrzymać bez wchodzenia w przebicie. Przekroczenie tego napięcia może skutkować nieodwracalnym uszkodzeniem diody na skutek nadmiernego przepływu prądu i wydzielania ciepła.

Gdy dioda jest poddawana polaryzacji zaporowej, zwykle blokuje przepływ prądu, umożliwiając przepływ jedynie niewielkiego prądu upływowego. Jednakże, gdy napięcie wsteczne wzrasta w kierunku napięcia przebicia diody, pole elektryczne w obszarze zubożenia staje się silniejsze. Przy napięciu przebicia obszar zubożenia ulega awarii, a prąd nagle wzrasta, powodując silne przewodzenie diody w odwrotnym kierunku. Takie zachowanie jest charakterystyczne dla diod Zenera stosowanych w regulacji napięcia lub diod lawinowych stosowanych w obwodach zabezpieczających, gdzie w określonych zastosowaniach wykorzystuje się kontrolowane przebicie.