Bei einer Diode bezieht sich die Sperrvorspannung auf das Anlegen einer Spannung an die Diode, so dass die Spannung am P-Typ-Halbleiter negativ und am N-Typ-Halbleiter positiv ist. Unter normalen Sperrvorspannungsbedingungen kann aufgrund von Minoritätsladungsträgern im Halbleitermaterial ein kleiner Leckstrom fließen. Wenn die Sperrspannung jedoch einen kritischen Wert überschreitet, der als Durchbruchspannung (auch Durchbruchspannung oder Durchbruchspannung genannt) bezeichnet wird, kommt es zu erheblichen Änderungen im Verhalten der Diode.
Bei der Durchbruchspannung in Sperrrichtung wird das elektrische Feld im Verarmungsbereich der Diode stark genug, um die Atome im Halbleitermaterial zu ionisieren. Dieses Phänomen führt zu einem plötzlichen Anstieg des Stroms durch die Diode, der je nach Konstruktion und Dotierungsprofil der Diode oft als Lawinendurchbruch oder Zenerdurchbruch bezeichnet wird. Beim Lawinendurchbruch gewinnen Ladungsträger ausreichend Energie aus dem elektrischen Feld, um durch Kollisionsprozesse zusätzliche Ladungsträger zu erzeugen, was zu einem schnellen Anstieg des Stromflusses durch die Diode führt.
Wenn die Sperrspannung den Durchbruchwert einer Diode übersteigt, kann der Strom durch die Diode schnell ansteigen, was möglicherweise zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Diode aufgrund von Überhitzung führen kann. Dieser Zustand ist in den meisten Schaltungsanwendungen unerwünscht, es sei denn, die Diode ist speziell für den Betrieb im Durchbruchmodus ausgelegt, wie z. B. Zenerdioden, die zur Spannungsregelung oder für Schutzschaltungen verwendet werden. Das Überschreiten der Durchbruchspannung kann dazu führen, dass die Diode in Sperrrichtung über ihre vorgesehene Kapazität hinaus leitet, was ihre Funktionalität beeinträchtigt und möglicherweise die Leistung oder Sicherheit des gesamten Schaltkreises beeinträchtigt.
Nach einem Spannungseinbruch ändert sich das Verhalten der Diode deutlich. Erfolgt der Durchbruch auf kontrollierte Weise, wie beispielsweise bei Zener-Dioden, kann die Diode trotz Stromänderungen eine relativ konstante Spannung an ihren Anschlüssen aufrechterhalten. Wenn der Durchschlag jedoch unbeabsichtigt oder übermäßig groß ist, kann die Diode vollständig ausfallen, was zu dauerhaften Schäden oder Ausfällen im Stromkreis führen kann. Es ist von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass die Dioden innerhalb ihrer spezifizierten Nennspannung betrieben werden, um einen Durchschlag unter normalen Betriebsbedingungen zu verhindern und die Integrität und Zuverlässigkeit der elektronischen Schaltkreise aufrechtzuerhalten.
Wenn eine Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist, steigt die Spannung an ihren Anschlüssen über den Schwellenwert an, bei dem ein erheblicher Strom fließt. Unter niedrigen Sperrvorspannungen fließt zunächst nur ein geringer Leckstrom aufgrund von Minoritätsträgern. Wenn jedoch die Sperrspannung in Richtung der Durchbruchspannung der Diode ansteigt, kann der Strom durch die Diode aufgrund von Avalanche- oder Zener-Durchbruchmechanismen dramatisch ansteigen. Dieser Rückstrom kann möglicherweise die Diode oder andere Komponenten im Stromkreis beschädigen, wenn er nicht ordnungsgemäß verwaltet oder geschützt wird. Daher sind das Verständnis der Sperrvorspannungseigenschaften und die Sicherstellung geeigneter Spannungsgrenzen von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Dioden in elektronischen Schaltkreisen.