Efecto Zener: ¿cómo aumenta la probabilidad de hacer un túnel bajo una barrera de potencial creciente?

De Wikipedia (la base de mis conferencias):

Bajo un alto voltaje de polarización inversa, la región de agotamiento de la unión pn se ensancha, lo que conduce a un campo eléctrico de alta intensidad a través de la unión. Los campos eléctricos suficientemente intensos permiten la formación de túneles de electrones a través de la región de agotamiento de un semiconductor, lo que da lugar a numerosos portadores de carga libres.

Esperaría que la ampliación de la zona de agotamiento y el aumento de la barrera potencial reduzcan la posibilidad de excavación de túneles, no que la aumenten. ¿Cómo es posible lo contrario?

@annav Estoy un poco confundido por el artículo. En la última parte (con el título "Característica del diodo de túnel") sobre la tunelización, el autor considera el caso de voltaje directo, pero hasta donde yo sé, el efecto Zener se observa bajo voltaje inverso.
El efecto zener no es un efecto de túnel en el sentido de que podría modelarlo con una barrera potencial, según tengo entendido el artículo. en el Zenner, en contraste con el artículo wiki. esperemos que un experto en estado sólido decida responder (después de todo, los artículos de wiki no son la última palabra)
@annav Ese es otro punto que encontré confuso. La primera parte ("El efecto Zener") parece una explicación del efecto de avalancha, especialmente la siguiente oración: "los electrones que se liberan bajo la influencia del campo eléctrico aplicado pueden acelerarse lo suficiente como para soltar otros electrones y el las colisiones posteriores se convierten rápidamente en una avalancha"
@annav Pero creo que tiene razón en que esto tiene poco que ver con el proceso de tunelización que uno conoce de las conferencias/libros introductorios de QM.

Respuestas (1)

No creo que el artículo de Wikipedia sea correcto. El ensanchamiento no causa túneles; el cambio de bandas sí. Tal vez esta cifra ayude (también de wikipedia):

Diagrama de bandas para tunelización Zener

(La tunelización de Zener es la subfigura más a la derecha).

De hecho, nunca he oído hablar de esta ampliación. Supongo que podría suceder, pero nunca lo he visto en ningún modelo de tunelización Zener, por lo que no creo que la ampliación sea importante si sucede.

Debo agregar que el enlace hiperfísico combina el efecto Zener y la ruptura de la avalancha . Las dos son cosas diferentes, aunque tienen un efecto similar y pueden ocurrir en el mismo dispositivo. (De hecho, muchos diodos "zener" que puede comprar en los proveedores de productos electrónicos no dependen realmente de la tunelización Zener; utilizan la ruptura de avalancha). La tunelización Zener es, de hecho, una tunelización cuántica.

Editaré el artículo de wikipedia cuando tenga la oportunidad (que puede llevar un tiempo). La referencia que cita ya no está disponible y las versiones archivadas (disponibles a través de archive.org) no dicen nada sobre la ampliación.
¡Gracias! Según tengo entendido, el efecto Zener es causado por electrones que se mueven de la banda de valencia en el lado p a la banda de conducción en el lado n (esto tiene sentido, porque contribuye a la corriente de deriva). Sin embargo, en la subfigura más a la derecha, la banda de valencia en el lado p es más alta que la banda de conducción en el lado n. En este caso, no veo por qué tendría sentido llamarlo proceso de tunelización.
Me pregunto si sería mejor llamar a la subfigura del medio "imparcial", la subfigura izquierda "sesgo inverso, voltaje Zener" (el voltaje Zener es el voltaje en el que se activa el efecto Zener) y la derecha "sesgo inverso fuerte". ". En este caso, si observamos la subfigura en el medio, podemos imaginarnos elevando la mitad derecha hasta que la banda de valencia en el lado p esté lo suficientemente cerca (pero aún por debajo) de la banda de conducción en el lado n para que comience la tunelización. .
Es un túnel porque la brecha de banda es una región "prohibida"; los electrones nunca deberían estar en la brecha --- al igual que, clásicamente, nunca esperaría ver electrones en una barrera potencial. De hecho, puede modelar bastante bien la tunelización Zener si la trata como si se tratara de una tunelización a través de una barrera trapezoidal. La figura en el medio no está sesgada porque el nivel de Fermi no es constante a través de la estructura. (Un nivel constante de Fermi es básicamente la definición de imparcial).
¡Gracias! "De hecho, se puede modelar bastante bien la tunelización de Zener tratándola como una tunelización a través de una barrera trapezoidal". ¿Te refieres a resolver la ecuación de Schroedingers para un potencial con forma de trapezoide?
Sí exactamente. Incluso puede tratarlo como un túnel a través de una barrera rectangular para simplificar aún más las cosas. Si desea una referencia, puede consultar la sección 6.8 de la segunda edición de "Principios de la teoría de los sólidos" de JM Ziman (título "Desglose de Zener: túneles"). Estoy seguro de que otros libros de texto de física de estado sólido cubren esto, pero es más probable que lo encuentre en libros de física de dispositivos dirigidos a ingenieros eléctricos.
¡Interesante! Y muchas gracias por la referencia, lo miraré.
Efecto Zener: ¿cómo aumenta la probabilidad de hacer un túnel bajo una barrera de potencial creciente?
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