Explique como se dá a ruptura por efeito zener.

Passo 1

O enunciado pede para explicar o mecanismo de ruptura por efeito Zener em uma junção PN submetida a polarização reversa. O conteúdo envolve física de semicondutores: formação da região de depleção, alta intensidade de campo elétrico e tunelamento quântico.

Passo 2

Sob polarização reversa, íons fixos na junção criam uma região de depleção sem portadores livres. Em diodos fortemente dopados, essa região fica muito estreita e o campo elétrico máximo \displaystyle E_{\text{max}}
torna-se altíssimo mesmo para tensões de alguns volts.

Passo 3

Quando a tensão reversa atinge o chamado V_Z (tensão de Zener), o campo elétrico na região de depleção ultrapassa cerca de \displaystyle 3\times10^5\\ \text{V/cm},
deformando tanto a barreira de potencial que elétrons da banda de valência do lado P fazem tunelamento direto para a banda de condução do lado N. Esse processo quântico gera um pico súbito na corrente reversa sem danificar o dispositivo.

Passo 4

Em prática, a ruptura Zener domina para V_Z\lesssim7\\ \text{V} e se diferencia da avalanche (onde há ionização impactante de portadores) porque aqui o fenômeno principal é o tunelamento quântico, não colisões entre elétrons e rede.

Resposta

A ruptura por efeito Zener ocorre quando, em uma junção PN fortemente dopada, a região de depleção fica tão estreita que o campo elétrico gerado pela polarização reversa atinge valores da ordem de 10^5\text{–}10^6\\ \text{V/cm}, permitindo que elétrons façam tunelamento direto da banda de valência do semicondutor P para a banda de condução do semicondutor N.Isso provoca um aumento brusco na corrente reversa a partir de uma tensão bem definida chamada tensão de Zener V_Z.

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