„Zener-Effekt“ – Versionsunterschied
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Der '''Zener-Effekt''', nach seinem Entdecker [[Clarence Melvin Zener]] (1905–1993) benannt, ist das Auftreten eines [[Elektrischer Strom|Strom]]s (Zener-Strom) in [[Sperrrichtung]] bei einer hoch [[Dotierung|dotierten]] Halbleitersperrschicht durch freie [[Ladungsträger (Physik)|Ladungsträger]]. |
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Die Grundlage für den Zener-Effekt ist eine durch Vorspannung hervorgerufene gegenseitige Verschiebung der [[Bandstruktur|Energiebänder]] im p-dotierten und im n-dotierten Bereich. Diese Verschiebung geht so weit, dass unbesetzte Zustände im [[Leitungsband]] die gleiche Energie haben wie besetzte Zustände im [[Valenzband]]. Durch diese Annäherung ist es Elektronen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit möglich, ohne Energieaufnahme aus dem Valenzband in das Leitungsband zu gelangen ([[Tunneleffekt]]). |
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Die für den „Zener-Durchbruch“ notwendige Mindestspannung wird als ''Zener-Spannung'' oder als ''Z-Spannung'' bezeichnet. Bei [[Silizium]]dioden liegt die Zener-Spannung etwa zwischen 2 und 5,5 V. |
Die für den „Zener-Durchbruch“ notwendige Mindestspannung wird als ''Zener-Spannung'' oder als ''Z-Spannung'' bezeichnet. Bei [[Silizium]]dioden liegt die Zener-Spannung etwa zwischen 2 V und 5,5 V. |
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Technisch genutzt wird dieser Effekt bei so genannten [[Z-Diode]]n. Bei Schwellspannung unter 5,5 V über wiegt dabei der Zener-Effekt, bei Spannungen darüber überwiegt der [[Lawinen-Durchbruch|Lawinen- oder Avalanche-Durchbruch]]. Dioden mit Durchbruchsspannungen über 5,5 V werden umgangssprachlich aber falsch als Zenerdioden bezeichnet. Als übergreifende Bezeichnung hat sich der Begriff „Z-Dioden“ etabliert. |
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Der Zener-Durchbruch tritt in hochdotierten [[p-n-Übergang|p-n-Übergängen]] auf. Durch die hohe Dotierung ist die gebildete [[Raumladungszone]] sehr dünn, Vorraussetzung für den Tunneleffekt. Der bei einer bestimmten Z-Diode basierend auf dem Zener-Durchbruch vorhandene negative [[Temperaturkoeffizient]] liegt im Bereich um -3 mV/K, ist weitgehend unabhängig von der Höhe der konkreten Durchbruchspannung der Z-Diode und verringert die Durchbruchspannung bei steigender Temperatur.<ref name="es154"/> |
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Funktionell wesentliches Kriterium ist, dass der Zener-Durchbruch einen negativen [[Temperaturkoeffizient]]en aufweist, im Gegensatz zum Lawinen-Durchbruch mit positivem Temperaturkoeffizienten. Folge dieses Verhaltens ist, dass Z-Dioden mit einer Durchbruchsspannung von 5,6 V einen besonders niedrigen Temperaturgang aufweisen. Durch die Überlagerung und gegenseitige Kompensation beider Effekte (Zener- und Avalanche- Effekt) lassen sich damit vergleichsweise temperaturstabile [[Z-Diode]]n mit Schwellenspannungen im Bereich von 5,5 V herstellen. |
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== Literatur == |
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|Autor = Dieter Zastrow |
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== Weblinks == |
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*[http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201211.htm |
*[http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201211.htm Z-Diode beim ELKO] |
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== Einzelnachweise == |
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<ref name="es154">{{Internetquelle | url = http://people.seas.harvard.edu/~jones/es154/lectures/lecture_2/breakdown/breakdown.html | titel = Zener and Avalanche Breakdown/Diodes, Engineering Sciences 154 | zugriff = 2014-12-29 }}</ref> |
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[[Kategorie:Festkörperphysik]] |
[[Kategorie:Festkörperphysik]] |
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Version vom 29. Dezember 2014, 17:37 Uhr
Der Zener-Effekt, nach seinem Entdecker Clarence Melvin Zener (1905–1993) benannt, ist das Auftreten eines Stroms (Zener-Strom) in Sperrrichtung bei einer hoch dotierten Halbleitersperrschicht durch freie Ladungsträger.
Die Grundlage für den Zener-Effekt ist eine durch Vorspannung hervorgerufene gegenseitige Verschiebung der Energiebänder im p-dotierten und im n-dotierten Bereich. Diese Verschiebung geht so weit, dass unbesetzte Zustände im Leitungsband die gleiche Energie haben wie besetzte Zustände im Valenzband. Durch diese Annäherung ist es Elektronen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit möglich, ohne Energieaufnahme aus dem Valenzband in das Leitungsband zu gelangen (Tunneleffekt).
Die für den „Zener-Durchbruch“ notwendige Mindestspannung wird als Zener-Spannung oder als Z-Spannung bezeichnet. Bei Siliziumdioden liegt die Zener-Spannung etwa zwischen 2 V und 5,5 V.
Technisch genutzt wird dieser Effekt bei so genannten Z-Dioden. Bei Schwellspannung unter 5,5 V über wiegt dabei der Zener-Effekt, bei Spannungen darüber überwiegt der Lawinen- oder Avalanche-Durchbruch. Dioden mit Durchbruchsspannungen über 5,5 V werden umgangssprachlich aber falsch als Zenerdioden bezeichnet. Als übergreifende Bezeichnung hat sich der Begriff „Z-Dioden“ etabliert.
Der Zener-Durchbruch tritt in hochdotierten p-n-Übergängen auf. Durch die hohe Dotierung ist die gebildete Raumladungszone sehr dünn, Vorraussetzung für den Tunneleffekt. Der bei einer bestimmten Z-Diode basierend auf dem Zener-Durchbruch vorhandene negative Temperaturkoeffizient liegt im Bereich um -3 mV/K, ist weitgehend unabhängig von der Höhe der konkreten Durchbruchspannung der Z-Diode und verringert die Durchbruchspannung bei steigender Temperatur.[1]
Literatur
- Dieter Zastrow: Elektronik. 2. Auflage. Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 1984, ISBN 3-528-14210-3.
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ Zener and Avalanche Breakdown/Diodes, Engineering Sciences 154. Abgerufen am 29. Dezember 2014.