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电路设计了解二极管的击穿电压
没有半导体，现代电子产品将无法实现，二极管是最基本的半导体器件之一。记住电子学101类的任何人都应该记住二极管的功能：迫使电流沿一个方向流动。但是，所有二极管均具有击穿电压，超过该击穿电压，二极管将允许电流沿相反方向（从阴极到阳极）流动。在某些应用中，例如桥式整流，ESD保护，电压调节等等，这实际上非常重要。
现在的问题是，在击穿发生之前，二极管能被驱动多大的反向偏压？如果您是组件设计人员，或者要构建一个系统以通过唯一的信号传输标准与其他组件接口，则二极管的击穿电压就变得非常重要。以下是击穿电压的产生方式及其对组件的含义。
二极管击穿电压方程
当以正向偏置驱动时，所有二极管均表现出整流作用；而当以反向偏置以高电压驱动时，它们则表现出击穿特性。在高反向偏置下，各种二极管（pn二极管，肖特基二极管或齐纳二极管）产生击穿并驱动电流流动的确切机制是不同的。当查看描述二极管中电流的等式时，仅考虑正向电流。由二极管击穿引起的反向电流不存在于该方程式中。
因此，公平地问，二极管的击穿电压是多少？答案通常在数据表中找到，但是如何计算该值？不幸的是，没有适用于所有器件的二极管击穿方程。有几个因素决定半导体二极管的击穿电压：
物理机制：两种不同的物理机制在不同的二极管中占主导地位：雪崩和隧道效应。两种机制在故障期间可以同时发生，但只有一种机制占主导。
掺杂分布：掺杂剂的分布和二极管中的任何渐变都会影响击穿电压。
几何形状和结构：二极管的几何形状会影响电场分布，尤其是在二极管边缘附近。
由于确切的击穿电压将取决于这些复杂因素，因此没有适用于所有二极管的单个击穿电压公式。但是，有一些经验结果和来自量子力学的重要方程式可以帮助您了解二极管的击穿电压。
雪崩击穿
在低载流子密度下，雪崩击穿是在高反向偏置电压下驱动高电流的主要机制。在此，尽管电流和反向偏置的施加电压之间存在关系，但二极管没有特定的击穿电压。这被公式化为一个乘数因子，总电流是该因子与饱和电流的乘积。
二极管中雪崩击穿的倍数。
在上式中，n为2到6。在高载流子密度下，量子隧穿成为控制电荷通过二极管传输的主要机制。这种反向偏置的传输方式称为隧穿击穿。
隧道故障
当电荷载流子（电子）遇到势垒（例如，齐纳二极管中p型和n型区域之间的势垒）时，总是发生隧穿。一旦半导体异质结中的载流子浓度超过〜10 17 cm -3，隧穿将成为主要的击穿机理。在这里，您可以根据施加的电压来计算隧道电流，但是没有特定的击穿电压。通过计算跨结的隧穿概率作为掺杂分布的函数，可以使用以下公式计算跨异质结的电流密度。
由于二极管击穿而产生的隧道电流。
这些符号的定义可以在许多半导体器件教科书中找到。请注意，结V（x）两端的势能取决于掺杂分布和所施加的电压，因此该方程式很好地捕获了二极管内电荷载流子的分布。由于这种击穿是由于结区中较高的载流子浓度而发生的，因此击穿电压低于对应于雪崩击穿的击穿电压。
在SPICE仿真中包括二极管击穿电压
基本电路仿真器并不总是在其电气模型中包括二极管的击穿电压。正向电流方程式通常与典型的理想因子和饱和电流值一起使用。这是通过标准二极管方程式完成的，该方程式可以在简单的模拟电路模拟器中以数字方式定义。
SPICE仿真器采用不同的方法，并使用一组标准的电气参数来全面描述任何二极管的行为。这些参数的值可以从数据表或测量值中确定。这些电气参数包括：
饱和电流
寄生串联电阻
发射系数（1到2）
运输时间
零偏置结电容
结两端的内置电压
节点渐变掺杂系数（线性渐变为0.33，突变渐变为0.5）
活化能
饱和电流温度指数
正向偏置耗尽电容系数
反向击穿电压和电流
最好的基于SPICE的电路仿真器将使您能够访问标准模型的真实二极管，例如1NXXXX二极管。这些模型文件包括预定义的电气参数值。在为其他二极管创建组件模型时，需要在进行仿真之前将电参数从测量值或数据表复制到模型文件中。完成此操作后，可以将模型附加到新的组件模型中，以进行标准仿真，例如瞬态分析或参数扫描。在这些模型中，明确包括了反向击穿电压，不需要使用上面给出的公式直接计算出反向击穿电压。