Το "Quantum Avalanche" εξηγεί πώς μετατρέπονται οι μη μεταποίοι σε αγωγούς

Η κβαντική χιονοστιβάδα είναι ένα φαινόμενο που συμβαίνει όταν εφαρμόζεται ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο σε μη μονογωγό ή ημιαγωγό, προκαλώντας την αιφνιδιαστική και σημαντική αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του. Αυτό το αποτέλεσμα σχετίζεται με την κατανομή του bandgap του υλικού και τη δημιουργία μεγάλου αριθμού φορέων φορτίου, οδηγώντας σε μια μετάβαση από μια μονωτική ή ημιαγωγική κατάσταση σε μια κρατική κατάσταση.

Ακολουθεί μια πιο λεπτομερής εξήγηση της διαδικασίας της κβαντικής χιονοστιβάδας:

1. Υψηλό ηλεκτρικό πεδίο: Όταν εφαρμόζεται ένα επαρκώς υψηλό ηλεκτρικό πεδίο σε έναν μη κατασκευαστή ή έναν ημιαγωγό, οι ενεργειακές ζώνες μέσα στο υλικό παραμορφώνονται και μειώνεται η ζώνη μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας.

2. σήραγγα ηλεκτρονίων: Υπό την επίδραση του ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου, τα ηλεκτρόνια από τη ζώνη σθένους μπορούν να ξεπεράσουν το μειωμένο ζώνη και τη σήραγγα μέσω του ενεργειακού φραγμού στη ζώνη αγωγιμότητας. Αυτή η διαδικασία απαιτεί λιγότερη ενέργεια σε σύγκριση με τη θερμική διέγερση των ηλεκτρονίων, η οποία είναι ο συνηθισμένος τρόπος που τα ηλεκτρόνια πηδούν κατά μήκος του bandgap.

3. Πολλαπλασιασμός φορέα: Τα ηλεκτρόνια που σήραγγαν στη ζώνη αγωγιμότητας κερδίζουν ενέργεια από το ηλεκτρικό πεδίο και επιταχύνουν, συγκρούονται με άλλα ηλεκτρόνια σθένους. Αυτές οι συγκρούσεις προκαλούν περαιτέρω ιονισμό και δημιουργία πρόσθετων ζευγών ηλεκτρονίων-οπών. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως ιονισμός κρούσης ή πολλαπλασιασμός φορέα.

4. Επίδραση χιονοστιβάδας: Τα πρόσφατα παραγόμενα ηλεκτρόνια και τρύπες μπορούν να επαναλάβουν τη διαδικασία ιονισμού κρούσης, οδηγώντας σε ένα αποτέλεσμα που μοιάζει με αλυσιδωτή αντίδραση, όπου ο αριθμός των φορέων φορτίου αυξάνεται εκθετικά. Αυτό ενισχύει ταχέως το ηλεκτρικό ρεύμα, προκαλώντας το υλικό να υποβληθεί σε ξαφνική μετάβαση από μια μη καταγωγική σε μια κρατική κατάσταση.

5. σχηματισμός πλάσματος: Καθώς η πυκνότητα των φορέων φορτίου συνεχίζει να αυξάνεται, η ηλεκτρική αντίσταση του υλικού μειώνεται και αρχίζει να συμπεριφέρεται σαν πλάσμα. Σε αυτή την κατάσταση πλάσματος, συνυπάρχουν ένας μεγάλος αριθμός ελεύθερων ηλεκτρονίων και οπών, επιτρέποντας στο υλικό να διεξάγει αποτελεσματικά την ηλεκτρική ενέργεια.

Το Quantum Avalanche είναι ένα κρίσιμο φαινόμενο σε διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές και εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων φωτοδιόδων, φωτομολλιπούς και διακόπτες υψηλής ισχύος. Είναι επίσης σημαντικό στην κατανόηση της συμπεριφοράς των υλικών κάτω από ακραία ηλεκτρικά πεδία, όπως οι απεργίες κεραυνών ή η ηλεκτρική κατανομή των μονωτήρων.