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

這兩種效應完全不同，盡管它們產生幾乎相同的效應。

齊納擊穿效應:齊納擊穿效應是二極管得名的原因。它是量子力學效應隧穿效應，但當應用于電壓基準二極管時，它以發現它的人的名字保留了齊納的名字。

在大多數情況下，電子包含在晶格中的原子內。在這種狀態下，它們處于所謂的價帶中。如果在半導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帶。當它們脫離原子時，它們能夠導電，這就是導帶的名稱。為了使它們從價帶進入導帶，必須有一定的力將它們拉出來。發現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，它發生在半導體中存在高電場時。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體晶格碰撞。

當這種情況發生時，就會產生空穴-電子對。這個新產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，就會發生足夠多的碰撞，從而發生稱為雪崩擊穿的效應。這僅在超過特定場時發生，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，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具有非常相似的特性，但并不相同。在大多數情況下，可以忽略兩種效應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

與半導體技術的許多其他方面一樣，反向傳導效應會受到溫度變化的影響。發現碰撞電離和齊納效應具有相反方向的溫度系數。在?5.5V以下占主導地位的齊納效應表現出負溫度系數。然而，雪崩效應是 5.5V以上的主要效應，具有正溫度系數。

因此，反向電壓約為?5.5V的齊納二極管或電壓基準二極管（其中兩種效應幾乎相同）具有最穩定的整本體溫度度系數，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的，并且取決于二極管的內部幾何形狀和特性。

8.3.2 標準二極管和齊納二極管操作之間的區別

齊納電壓基準二極管能夠在其規格范圍內非常可靠地在反向擊穿條件下運行。如果傳統的?PN 結二極管發生反向擊穿，它很可能會受到不可修復的損壞。

當對傳統的PN結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計方式是二極管呈現受控擊穿，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定電壓的許多不同應用。雖然有兩種效應表現出穩定的反向擊穿電壓，但二極管通常被稱為齊納二極管。

審核編輯：劉清