A quebra em diodos polarizados reversamente ocorre quando a tensão aplicada através do diodo na direção reversa excede um valor crítico. Este fenômeno é comumente associado a dois tipos de mecanismos de colapso: colapso do Zener e colapso da avalanche.
1. Detalhamento do Zener:
- Mecanismo:
- Efeito Zener: a quebra do Zener ocorre em diodos fortemente dopados, onde o campo elétrico através da região de depleção se torna forte o suficiente para causar a geração de pares elétron-buraco pelo efeito Zener.
- Túnel Quântico: Os elétrons ganham energia suficiente para atravessar a barreira potencial da região de esgotamento, criando uma avalanche de portadores de carga.
- Nível de tensão:
- Tensão Constante: a quebra do Zener normalmente ocorre em uma tensão relativamente constante conhecida como tensão Zener (��VZ).
- Quebra controlada: Nos diodos Zener, que são projetados para quebra controlada, os níveis de dopagem são controlados com precisão para atingir a tensão Zener desejada.
- Aplicativos:
- Regulação de tensão: a quebra Zener é utilizada em diodos Zener para aplicações como regulação de tensão, onde uma referência de tensão estável é necessária.
2. Detalhamento da Avalanche:
- Mecanismo:
- Ionização por impacto: a quebra da avalanche ocorre em diodos levemente dopados. Quando uma tensão de polarização reversa é aplicada, os portadores de carga ganham energia do campo elétrico, colidindo com os átomos e gerando portadores de carga adicionais por meio da ionização por impacto.
- Efeito Avalanche: O processo cria um efeito avalanche, levando a um rápido aumento no número de portadores de carga.
- Nível de tensão:
- Tensão Variável: Ao contrário da ruptura do Zener, a tensão na qual ocorre a ruptura da avalanche não é fixa. Depende da concentração de doping, temperatura e outros fatores.
- Quebra descontrolada: A quebra de avalanche é geralmente menos controlada do que a quebra de Zener e pode ocorrer em tensões mais altas.
- Aplicativos:
- Fotodiodos e fotodiodos de avalanche: a quebra de avalanche é utilizada intencionalmente em fotodiodos de avalanche para amplificar a fotocorrente em fotodetectores.
3. Fatores de tensão de ruptura:
- Nível de dopagem: A concentração de dopagem afeta significativamente a tensão de ruptura. Níveis mais altos de dopagem resultam em tensões de ruptura mais baixas.
- Temperatura: A tensão de ruptura depende da temperatura. Um aumento na temperatura pode levar a um aumento na tensão de ruptura.
- Tensão de polarização reversa: À medida que a tensão de polarização reversa aumenta, o campo elétrico na região de esgotamento se intensifica, tornando mais provável a quebra.
4. Consequências do colapso:
- Fluxo de corrente: quando ocorre uma falha, um aumento repentino na corrente flui através do diodo.
- Dano Potencial: Se não for controlada, a quebra pode levar a corrente excessiva e danos potenciais ao diodo ou a todo o circuito.
5. Conclusão:
A quebra dos diodos polarizados reversamente, sejam eles Zener ou Avalanche, é o resultado do campo elétrico através da região de depleção atingir um nível crítico. Compreender os mecanismos de ruptura é crucial para projetar circuitos que utilizem ruptura para aplicações específicas, como regulação de tensão ou fotodetecção. No entanto, deve-se tomar cuidado para evitar quebras descontroladas, que podem levar a consequências indesejáveis, incluindo danos potenciais ao diodo e aos circuitos circundantes.
