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電路設計了解二極管的擊穿電壓
沒有半導體，現代電子產品將無法實現，二極管是最基本的半導體器件之一。記住電子學101類的任何人都應該記住二極管的功能：迫使電流沿一個方向流動。但是，所有二極管均具有擊穿電壓，超過該擊穿電壓，二極管將允許電流沿相反方向（從陰極到陽極）流動。在某些應用中，例如橋式整流，ESD保護，電壓調節等等，這實際上非常重要。
現在的問題是，在擊穿發生之前，二極管能被驅動多大的反向偏壓？如果您是組件設計人員，或者要構建一個系統以通過唯一的信號傳輸標準與其他組件接口，則二極管的擊穿電壓就變得非常重要。以下是擊穿電壓的產生方式及其對組件的含義。
二極管擊穿電壓方程
當以正向偏置驅動時，所有二極管均表現出整流作用；而當以反向偏置以高電壓驅動時，它們則表現出擊穿特性。在高反向偏置下，各種二極管（pn二極管，肖特基二極管或齊納二極管）產生擊穿并驅動電流流動的確切機制是不同的。當查看描述二極管中電流的等式時，僅考慮正向電流。由二極管擊穿引起的反向電流不存在于該方程式中。
因此，公平地問，二極管的擊穿電壓是多少？答案通常在數據表中找到，但是如何計算該值？不幸的是，沒有適用于所有器件的二極管擊穿方程。有幾個因素決定半導體二極管的擊穿電壓：
物理機制：兩種不同的物理機制在不同的二極管中占主導地位：雪崩和隧道效應。兩種機制在故障期間可以同時發生，但只有一種機制占主導。
摻雜分布：摻雜劑的分布和二極管中的任何漸變都會影響擊穿電壓。
幾何形狀和結構：二極管的幾何形狀會影響電場分布，尤其是在二極管邊緣附近。
由于確切的擊穿電壓將取決于這些復雜因素，因此沒有適用于所有二極管的單個擊穿電壓公式。但是，有一些經驗結果和來自量子力學的重要方程式可以幫助您了解二極管的擊穿電壓。
雪崩擊穿
在低載流子密度下，雪崩擊穿是在高反向偏置電壓下驅動高電流的主要機制。在此，盡管電流和反向偏置的施加電壓之間存在關系，但二極管沒有特定的擊穿電壓。這被公式化為一個乘數因子，總電流是該因子與飽和電流的乘積。
二極管中雪崩擊穿的倍數。
在上式中，n為2到6。在高載流子密度下，量子隧穿成為控制電荷通過二極管傳輸的主要機制。這種反向偏置的傳輸方式稱為隧穿擊穿。
隧道故障
當電荷載流子（電子）遇到勢壘（例如，齊納二極管中p型和n型區域之間的勢壘）時，總是發生隧穿。一旦半導體異質結中的載流子濃度超過?10 17 cm -3，隧穿將成為主要的擊穿機理。在這里，您可以根據施加的電壓來計算隧道電流，但是沒有特定的擊穿電壓。通過計算跨結的隧穿概率作為摻雜分布的函數，可以使用以下公式計算跨異質結的電流密度。
由于二極管擊穿而產生的隧道電流。
這些符號的定義可以在許多半導體器件教科書中找到。請注意，結V（x）兩端的勢能取決于摻雜分布和所施加的電壓，因此該方程式很好地捕獲了二極管內電荷載流子的分布。由于這種擊穿是由于結區中較高的載流子濃度而發生的，因此擊穿電壓低于對應于雪崩擊穿的擊穿電壓。
在SPICE仿真中包括二極管擊穿電壓
基本電路仿真器并不總是在其電氣模型中包括二極管的擊穿電壓。正向電流方程式通常與典型的理想因子和飽和電流值一起使用。這是通過標準二極管方程式完成的，該方程式可以在簡單的模擬電路模擬器中以數字方式定義。
SPICE仿真器采用不同的方法，并使用一組標準的電氣參數來全面描述任何二極管的行為。這些參數的值可以從數據表或測量值中確定。這些電氣參數包括：
飽和電流
寄生串聯電阻
發射系數（1到2）
運輸時間
零偏置結電容
結兩端的內置電壓
節點漸變摻雜系數（線性漸變為0.33，突變漸變為0.5）
活化能
飽和電流溫度指數
正向偏置耗盡電容系數
反向擊穿電壓和電流
最好的基于SPICE的電路仿真器將使您能夠訪問標準模型的真實二極管，例如1NXXXX二極管。這些模型文件包括預定義的電氣參數值。在為其他二極管創建組件模型時，需要在進行仿真之前將電參數從測量值或數據表復制到模型文件中。完成此操作后，可以將模型附加到新的組件模型中，以進行標準仿真，例如瞬態分析或參數掃描。在這些模型中，明確包括了反向擊穿電壓，不需要使用上面給出的公式直接計算出反向擊穿電壓。