O que é a ruptura reversa de um diodo? Que mecanismos podem originá-la?
Passo 1
O enunciado pergunta o que é a ruptura reversa de um diodo e quais mecanismos físicos a provocam. O conteúdo envolve física de junções PN sob polarização reversa e fenômenos de transporte de carga em campos elétricos intensos. Para responder vamos precisar entender como se forma a região de depleção, como cresce o campo elétrico quando aplicamos tensão reversa e quais processos podem gerar corrente intensa nesse regime.
Passo 2
Quando aplicamos uma tensão reversa
a um diodo PN, a região de depleção se alarga e o campo elétrico interno
cresce. Se
ultrapassa um certo valor crítico
, o campo atinge um valor de ruptura
, levando a um aumento brusco da corrente reversa. Esse fenômeno é chamado de ruptura reversa.
Passo 3
Avalanche breakdown: em diodos com depleção relativamente larga (dopagem moderada), portadores minoritários ganham energia do campo e, ao colidirem com átomos da rede cristalina, geram pares elétron-buraco adicionais por ionização de impacto. Cada novo portador também acelera e gera mais pares, criando uma multiplicação em cascata. A corrente cresce exponencialmente quando
.
Zener breakdown: em diodos fortemente dopados, a largura da depleção é muito fina e o campo requerido para ruptura é alcançado com tensões mais baixas (tipicamente ). Nesse caso, antes da avalanche, há tunelamento quântico de elétrons da banda de valência para a banda de condução através da barreira estreita. O resultado é uma corrente reversa intensa sem produzir muitos portadores por impacto.
Zener breakdown: em diodos fortemente dopados, a largura da depleção é muito fina e o campo requerido para ruptura é alcançado com tensões mais baixas (tipicamente
Passo 4
Fatores que afetam a ruptura reversa incluem:
- Nível de dopagem dos semicondutores (define se predomina Zener ou avalanche).
- Temperatura (a avalanche tende a aumentar com
, o efeito Zener pode diminuir). - Defeitos cristalinos e irregularidades na junção (pontes de fuga localizadas podem reduzir
). - Geometria do diodo e presença de coronas superficiais (picos de campo em arestas podem antecipar a ruptura).
Resposta
A ruptura reversa de um diodo é o disparo súbito de corrente quando a tensão reversa excede um valor crítico
, fazendo o campo elétrico na junção ultrapassar um limiar
. Os mecanismos que podem originá-la são principalmente:
– Avalanche breakdown (ionização de impacto em campos fortes e região deplecionada larga).
– Zener breakdown (tunelamento quântico em depleção estreita de diodos muito dopados).
Além disso, defeitos, geometria e temperatura influenciam o valor de ruptura e seu comportamento.
– Avalanche breakdown (ionização de impacto em campos fortes e região deplecionada larga).
– Zener breakdown (tunelamento quântico em depleção estreita de diodos muito dopados).
Além disso, defeitos, geometria e temperatura influenciam o valor de ruptura e seu comportamento.