雪崩倍增效应:如果碰撞电离过程发生很频繁,不断产生出电子-空穴对,这是一系列相继的连锁过程,瞬间即可产生出大量的电子-空穴对——雪崩
倍增效应。这是导致材料和器件发生击穿的一种重要机理。
雪崩倍增效应的强弱用雪崩
倍增因子M来表示。对于p-n结,当输出电流与输入电流之比为无穷大(即M趋于无穷大)时即产生雪崩击穿;如果采用电子和空穴的电离率(在1cm路程上所产生的电子-空穴对的数目)来描述击穿的话,就是当电离率在势垒区中的积分等于1时即发生击穿。这些就是p-n结发生击穿的条件。但是存在倍增效应并不意味着一定会击穿。因为如果不满足击穿条件的话,就不会击穿。
发生倍增效应的基础或者先决条件是碰撞电离。半导体或绝缘体在高电场作用下,其中载流子将加速运动而获得能量(成为热载流子),当载流子能量(动能)大于禁带宽度(实际上应该大于1.5倍禁带宽度)、并与价键上的电子(即价带中的价电子)相碰撞时,就可以产生本征激发——产生出一个电子-空穴对,这就是碰撞电离作用。碰撞电离的强弱用电离率(或电离系数)α来表征,电离率就是一个载流子在强电场作用下,走过单位距离时所产生出来的电子-空穴对的数目。电离率与电场和禁带宽度密切有关:随着电场的增强而指数式增大,随着禁带宽度的增大而指数式减小。
倍增效应在实际中的应用很广泛。例如,
雪崩光电二极管,就是利用倍增效应来放大微弱光信号的。再如,IMPATT二极管,也是利用倍增效应来实现微波振荡与放大的。