breakdownspänningen

Breakdownspänningen, ofta kallad brytningsspänningen, är den spänning som krävs för att ett elektriskt isolerande material eller en elektronisk komponent ska börja leda ström kraftigt vid omvänd bias. Denna spänning används som en viktig karakteristik för att bedöma hur mycket elektrisk stress en enhet kan tåla innan isoleringen misslyckas eller en jonisationsprocess inleds. Begreppet gäller både dielektrika och halvledarkomponenter som dioder och transistorer.

På halvledarnivå uppträder två huvudsakliga mekanismer när omvänd spänning ökas: Zener- eller tunnelingbrytning och avalanchebrytning. Zenerbrytning uppstår i mycket dopade pn- junctions och kan ske vid låga spänningar; avalanchebrytning drabbar vid högre spänningar och orsakas av impact ionization som förstärker carrierproduktionen. I vissa enheter dominerar den ena mekanismen beroende på material och geometri. Temperatur påverkar brytningsspänningen: Zenerbrytning har ofta en negativ temperaturkoefficient medan avalanche har en positiv sådan, vilket i kombination ger varierande temperaturförlopp beroende på konstruktion.

Faktorer som påverkar brytningsspänningen inkluderar materialets bandgap, dopantkoncentration, komponentens tjocklek och förekomst av defekter. För dielektrika mäts brytningsstyrka som en maximal tillåten elektrisk fältstyrka, ofta uttryckt i MV/m; brytningsspänningen for en given tjocklek följer ungefär V = E_crit × d. Denna spänning används i specifikationer och säkerhetsmarginaler för att säkerställa pålitlig drift.

Användning och mätning: breakdownspänningen är en viktig parameter i komponentens specifikationer och används för att sätta säkra driftgränser. Mätningar görs genom att tillämpa omvänd bias och registrera den spänning vid vilken strömmen når en definierad tröskel enligt tillverkarspecifikation eller standarder.