Zener-Effekt
Der Zener-Effekt, nach seinem Entdecker Clarence Melvin Zener (1905–1993) benannt, ist das Auftreten eines Stroms (Zener-Strom) in Sperrrichtung bei einer hoch dotierten Halbleitersperrschicht durch freie Ladungsträger.
Die Grundlage für den Zener-Effekt ist eine durch Vorspannung hervorgerufene gegenseitige Verschiebung der Energiebänder im p-dotierten und im n-dotierten Bereich. Diese Verschiebung geht so weit, dass unbesetzte Zustände im Leitungsband die gleiche Energie haben wie besetzte Zustände im Valenzband. Durch diese Annäherung ist es Elektronen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit möglich, ohne Energieaufnahme aus dem Valenzband in das Leitungsband zu gelangen (Tunneleffekt).
Die für den „Zener-Durchbruch“ notwendige Mindestspannung wird als Zener-Spannung oder als Z-Spannung bezeichnet. Bei Siliziumdioden liegt die Zener-Spannung etwa zwischen 2 und 5,5 V.
Technisch genutzt wird dieser Effekt bei so genannten Zener-Dioden, deren Schwellspannung unter 5,5 V liegt. Darüber überwiegt der Lawinen- oder Avalanche-Durchbruch. Dioden mit Durchbruchsspannungen über 5,5 V werden häufig falsch ebenfalls als Zenerdioden bezeichnet. Als übergreifende Bezeichnung für Zener-Dioden und Avalanche-Dioden hat sich der Begriff „Z-Dioden“ etabliert.
Funktionell wesentliches Kriterium ist, dass der Zener-Durchbruch einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, im Gegensatz zum Lawinen-Durchbruch mit positivem Temperaturkoeffizienten. Folge dieses Verhaltens ist, dass Z-Dioden mit einer Durchbruchsspannung von 5,6 V einen besonders niedrigen Temperaturgang aufweisen. Durch die Überlagerung und gegenseitige Kompensation beider Effekte (Zenner- und Avalanche- Effekt) lassen sich damit vergleichsweise temperaturstabile Z-Dioden mit Schwellenspannungen im Bereich von 5,5 V herstellen.
Literatur
- Dieter Zastrow: Elektronik. 2. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 1984, ISBN 3-528-14210-3.