Breakdown, Yielding   항복

1. 항복 (Breakdown 또는 Yielding) 현상

  ㅇ 어느 한계를 넘었을 때, 급격한 변화를 일으키는 현상

  ㅇ [재료]   항복 (降伏) (Yielding)
     - 재료가 하중에 견디어내다가 최종적으로 항복하며, 파손 또는 파괴(Fracture)되는 형태

  ㅇ [전기계/반도체]  항복 (降伏) (Breakdown)
     - 어느 임계 전류/전압을 초과하면, 소자 내 갑작스런 큰 전류가 흐르게되는 파괴적 현상
        . 절연 파괴 (절연체 내 급격한 큰 전류 흐름으로 손상/녹임/태움/소실)
        . 반도체 소자 내 항복 현상 (높은 역방향 전압 하에 큰 역방향 전류가 흐름)
        . 기체 방전 (번개 : 공기,대지 간 급격한 전류 전도 현상) 


2. [반도체]  항복 전압 (Breakdown Voltage)

  ㅇ 다이오드 또는 트랜지스터가 파괴되기전 견딜 수 있는 역방향 전압의 최대 한계

  ㅇ 어떤 특정 역방향 전압에서, 역방향 전류가 급격히 증가되는 지점       ☞ 최대 역누설전류
     - 높은 역방향 전압에서 큰 역방향 전류가 흐르게되고, 
     - 이때, 과도한 열이 발생하여 다이오드가 파괴됨
     - 이의 방지책으로는, 다이오드 등에 직렬 저항을 첨가하는 등의 조치가 가능함

  ㅇ 통상, 일반 다이오드의 파괴 항복전압은, 50 [V] 이상 임


3. [반도체]  항복(Breakdown)의 종류

  ㅇ Zener 항복 (~ 5 V 미만)  :  터널링 효과 (Tunneling Effect)에 의함
     * 합금형 접합이나 고 농도 도핑 조건 하의 접합에서 주로 발생
     - 의도적으로 불순물 도핑을 많이 시킨 pn 접합에서, 
        . 내부 전위 장벽이 크게 낮아져서,
        . 터널링 작용을 통한 항복 현상이 발생됨
     - 즉, pn 접합의 p측 가전자대에서 n측 전도대로 직접 터널링될 정도로,
        . 충분한 역방향 전압이 인가된 경우에,
        . 비록, 공핍영역이 크게 증가되지 못하지만,
        . 내부 전위 장벽 폭이 감소하여 전자 터널링 현상이 발생됨

  ㅇ Avalanche 항복 (5 ~ 250 V 정도)  :  사태 증배 (Avalanche Multiplication)에 의함
     * 상대적으로 저 농도 도핑 하에서도, 매우 높은 역방향 전압 인가할 때 발생 
     - 매우 높은 전기장 에너지 공급에 의해 (역방향 바이어스 하), 
        . 공간전하영역(공핍층)에서, 
        . 소수 캐리어의 결정 원자와의 충돌에 의해, (충돌 이온화)
        . 전자-정공 쌍이 연이어 만들어짐
     - 역방향 전압이 증가할수록, 
        . 소수 캐리어는 더욱 빠르게 이동하여 결정 원자와 더욱 많은 충돌로,
        . 전류 반송자를 급격하게 증대시킴(사태 증배됨)
     - 이때, 흐르는 역방향 전류를 제한하지 않으면, 다이오드가 영구 손상을 입음

   ㅇ 비교
      

  ※ [참고] 항복 현상의 응용
     - 항복전압에서 사용되도록 설계된 다이오드  ☞ Zener Diode 참조
        . 주요 용도 : 단순한 전압조정기 등에 쓰임
     - 사태 증배 메커니즘에 의한 다이오드 : IMPATT 다이오드