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
torna-se altíssimo mesmo para tensões de alguns volts.
torna-se altíssimo mesmo para tensões de alguns volts.
Passo 3
Quando a tensão reversa atinge o chamado
(tensão de Zener), o campo elétrico na região de depleção ultrapassa cerca de
,
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.
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
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
, 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
.