Polarisation continue inverse

En polarisation continue inverse (V<0), quelque soit la tension faible appliquée aux borne de la jonction le courant total est constant et vaut -Js. Ce courant est fort naturellement appelé courant de saturation. Cependant, pour de forte polarisation inverse le courant total peut brusquement et fortement augmenter. On dit alors que l'on a atteint la tension de claquage de la jonction, notée Vc. En effet, lorsque l'on augmente la tension de polarisation inverse, on augmente de ce fait le champ électrique à l'intérieur de la jonction. Or, il existe une valeur limite  à ce champ électrique. En effet, lorsque le champ électrique augmente, la force électrique qui s'exerce sur les électrons liés au réseau cristallin s'accroît et devient supérieure à la force de liaison des électrons de valence sur les noyaux. Ces électrons sont ainsi libérés, le cristal devient alors conducteur et la tension de polarisation inverse, et par conséquent le champ électrique, n'augmente plus. Ceci signifie que le champ électrique maximum que l'on peut établir dans un cristal semi-conducteur est celui qui provoque l'excitation directe d'un électron de la bande de valence à la bande de conduction, c'est à dire l'ionisation du matériau.

Le phénomène de claquage peut être due à deux processus distincts. Le premier est appelé effet tunnel ou effet Zener. Le champ électrique élevé (~106V/cm pour le silicium) génère des paires électron-trou. Les électrons associés à ces paires sont émis à travers la zone de déplétion, de la bande de valence vers la bande de conduction, sans modification d'énergie, d'où le terme d'effet tunnel. Dans la pratique, cet effet n'est observable que dans les jonctions PN fortement dopées, pour lesquelles la zone de charge d'espace est très étroite diminuant ainsi la longueur du « tunnel ».

Lorsque la largeur de la zone de charge d'espace n'est pas particulièrement faible, , un phénomène appelé effet d'avalanche entraîne le claquage de la jonction avant l'effet Zener. Pour des champs électriques de l'ordre de 105V/cm, c'est à dire pour une valeur environ dix fois inférieure au seuil d'effet Zener, l'accélération acquise par quelques porteurs, essentiellement d'origine thermique, est suffisante pour permettre de générer des paires électron-trou par choc avec les atomes du cristal. Ces paires électron-trou sont à leur tour accélérées, et peuvent crées d'autre paires. Il en résulte un processus en chaîne rappelant un phénomène d'avalanche. Ce processus est donné par la figure EC7. Il se décrit comme suit : la phase (1) correspond à la création thermique d'une paire électron-trou ; dans la phase (2) l'électron est accéléré par le champ électrique et se trouve de ce fait de plus en plus haut dans la bande de conduction, on dit qu'il devient un porteur chaud ; la phase (3) correspond au moment ou son énergie cinétique est suffisante pour créée par choc une autre paire électron-trou, à l'issus de ce choc, appelé impact d'ionisation, l'électron ayant perdu de l'énergie se trouve dans le bas de la bande de conduction et une deuxième paire d'électron-trou est créée. Si la largeur de la zone de charge d'espace est suffisante le processus peut se poursuivre. Notons que le phénomène décrit ici pour l'électron existe aussi pour le trou.