齊納二極管可以使用兩種效應(yīng)。一種稱為齊納擊穿，另一種稱為沖擊或雪崩電離。齊納效應(yīng)在?5.5V以下占主導(dǎo)地位，而碰撞電離是該電壓以上的主要影響。

這兩種效應(yīng)完全不同，盡管它們產(chǎn)生幾乎相同的效應(yīng)。

齊納擊穿效應(yīng):齊納擊穿效應(yīng)是二極管得名的原因。它是量子力學(xué)效應(yīng)隧穿效應(yīng)，但當應(yīng)用于電壓基準二極管時，它以發(fā)現(xiàn)它的人的名字保留了齊納的名字。

在大多數(shù)情況下，電子包含在晶格中的原子內(nèi)。在這種狀態(tài)下，它們處于所謂的價帶中。如果在半導(dǎo)體上放置一個大電場，這可能足以將電子拉出原子進入所謂的導(dǎo)帶。當它們脫離原子時，它們能夠?qū)щ姡@就是導(dǎo)帶的名稱。為了使它們從價帶進入導(dǎo)帶，必須有一定的力將它們拉出來。發(fā)現(xiàn)一旦存在一定水平的電場，大量電子被自由拉出，一旦達到一定的反向電壓，電流就會突然開始流動。齊納效應(yīng)由?Clarence Zener 博士于 1934 年首次提出，并由此得名。

碰撞電離:碰撞電離與齊納擊穿非常不同，它發(fā)生在半導(dǎo)體中存在高電場時。電子被強烈吸引并朝向正電位移動。鑒于高電場，它們的速度增加，并且這些高能電子通常會與半導(dǎo)體晶格碰撞。

當這種情況發(fā)生時，就會產(chǎn)生空穴-電子對。這個新產(chǎn)生的電子向正電壓方向移動，在高電場下被加速，可能與晶格發(fā)生碰撞。帶正電的空穴向與電子相反的方向移動。如果場足夠強，就會發(fā)生足夠多的碰撞，從而發(fā)生稱為雪崩擊穿的效應(yīng)。這僅在超過特定場時發(fā)生，即當超過該二極管的某個反向電壓時，使其在給定電壓下反向傳導(dǎo)，這正是電壓參考二極管所需要的。

二極管中的兩種反向擊穿效應(yīng)具有非常相似的特性，但并不相同。在大多數(shù)情況下，可以忽略兩種效應(yīng)之間的差異并以相同的方式使用二極管。

8.3.1 二極管操作

與半導(dǎo)體技術(shù)的許多其他方面一樣，反向傳導(dǎo)效應(yīng)會受到溫度變化的影響。發(fā)現(xiàn)碰撞電離和齊納效應(yīng)具有相反方向的溫度系數(shù)。在?5.5V以下占主導(dǎo)地位的齊納效應(yīng)表現(xiàn)出負溫度系數(shù)。然而，雪崩效應(yīng)是 5.5V以上的主要效應(yīng)，具有正溫度系數(shù)。

因此，反向電壓約為?5.5V的齊納二極管或電壓基準二極管（其中兩種效應(yīng)幾乎相同）具有最穩(wěn)定的整本體溫度度系數(shù)，因為它們傾向于相互平衡以獲得最佳性能。

對于給定的二極管，實際的反向電壓是可重復(fù)的，并且取決于二極管的內(nèi)部幾何形狀和特性。

8.3.2 標準二極管和齊納二極管操作之間的區(qū)別

齊納電壓基準二極管能夠在其規(guī)格范圍內(nèi)非?？煽康卦诜聪驌舸l件下運行。如果傳統(tǒng)的?PN 結(jié)二極管發(fā)生反向擊穿，它很可能會受到不可修復(fù)的損壞。

當對傳統(tǒng)的PN結(jié)二極管施加反向電壓并增加電壓時，它最終會擊穿，并且由于雪崩擊穿它會受到大電流的影響。如果此電流不受周圍電路的限制，二極管很可能因過熱而損壞。

齊納二極管具有幾乎相同的特性，只是該器件專門設(shè)計用于降低擊穿電壓。此外，齊納二極管或電壓基準二極管拓撲的設(shè)計方式是二極管呈現(xiàn)受控擊穿，并允許電流將齊納二極管兩端的電壓保持在擊穿電壓附近。

齊納二極管廣泛用于需要穩(wěn)定電壓的許多不同應(yīng)用。雖然有兩種效應(yīng)表現(xiàn)出穩(wěn)定的反向擊穿電壓，但二極管通常被稱為齊納二極管。

審核編輯：劉清