由PN结的伏安特性可知：在施加反向偏压时，反向电流与反向偏压无关，而保持一很小的数值，即反向饱和电流。然而，在实际的反向偏置PN结中，由于空间电荷区产生的电流和其他因素的影响，反向电流随着反向电压的增大而略有增长。当反向偏压增大到某一数值时，反向电流骤然变大，如图3-15的第三象限所示。

需要指出的，穿通和击穿都是反向偏压超过一定限度时发生的反向电流急剧上升现象。不过，穿通是指空间电荷区随着反向偏压的升高而展宽到与电极接通时发生的短路现象，而击穿是指空间电荷区的电场随着反向偏压的升高而增强到某一临界值时，晶体原子的电离直接成为少数载流子的抽出源而使反向电流急剧升高的现象。

图3-15 PN结的击穿与穿通

需要承受很高的反向电压而正向导通时的电流容量又要很大的PN结比较容易碰到穿通问题。为了同时满足正反两种偏置状态的要求，这种结通常一侧为重掺杂，另一侧为轻掺杂。从前面的分析可以知道，反向偏置时空间电荷区主要在轻掺杂一侧展开，外加电压主要由轻掺杂一侧承受。轻掺杂区电阻率高，为了减少体电阻在正向导通时的功率消耗，其厚度要尽量削减。但是，若其因掺杂均匀性不高而存在局部的更低掺杂区，那么高反压偏置条件下的空间电荷区扩展就会在这些区域超前，因而极易首先在这里与电极接通，如图3-16所示。这时，空间电荷区中的强电场得以直接从电极抽取载流子，于是反向电流急剧增大。在后面一些多PN结的器件中还会提到穿通技术。

图3-16 PN穿通示意图

PN结击穿的直接原因是空间电荷区中因晶体原子的电离而产生大量的额外电子和空穴，但晶体原子的电离有两种不同机制，即通常所说的两种击穿机制，一种叫雪崩击穿，一种叫齐纳击穿。

雪崩击穿是电力半导体器件中最常见的击穿现象，它与强电场中半导体载流子的倍增效应有关。当加于PN结的反向电压增加时，空间电荷区的电场强度增大，通过空间电荷区的电子和空穴的漂移运动被加速，其动能增大。这些高能量、高速度的载流子不断地与晶体原子相碰撞，可使共价键中的电子激发形成自由电子空穴对，这种现象称为碰撞电离。新产生的载流子在强电场的作用下又被加速，并重新获得能量，产生新的碰撞电离，导致载流子迅速成倍地增加，故称为雪崩倍增效应。一旦发生雪崩倍增现象，载流子浓度将急剧增加，使反向电流急剧增大，从而导致PN结反向击穿，这就是雪崩击穿。图3-17为PN结雪崩击穿示意图。

图3-17 PN结的雪崩击穿示意图

雪崩击穿不仅依赖于空间电荷区中的电场强度，还与空间电荷区的宽度有关，因为载流子动能的增加需要有足够的加速距离，而从载流子的倍增效率考虑，也需要每个新生的载流子在进入中性区之前有较多的碰撞机会。因此，雪崩击穿通常发生在空间电荷区较宽的轻掺杂侧。一般来说，雪崩击穿电压U_B随着轻掺杂区杂质浓度的升高而下降，硅P⁺N结的雪崩击穿电压U_B与其N区杂质浓度关系为(www.daowen.com)

U_B∝N^-0.75 （3-15）

齐纳击穿亦称隧道击穿，只有在重掺杂PN结中才会发生，与雪崩击穿的性质完全不同，它是在比较低的反向电压下发生的击穿。发生齐纳击穿的时候，空间电荷区中的晶体原子直接被强电场电离而不是借助于被电场加速的高能量载流子。当PN结两边都是重掺杂材料时，空间电荷区即使在很高的反向偏压下也扩展不开，因而无足够的加速距离把在其中经过的载流子加速到具有使晶体原子电离的能量，但其中的电场却因其狭窄而变得很强，可令其中的晶体原子直接电离，释放被束缚的价电子，即价带电子。这些电子在强电场的帮助下直接进入N区的导带，从能带弯曲的情况看此问题更清楚一些。如图3-18所示，当强电场使P区价带顶上升到N区导带底以上时，尽管N区导带电子向P区导带扩散的势垒很高，但耗尽区中P侧价带顶的电子欲向N区导带底漂移时却并无能量障碍，它们只需渡越一个在能量上是禁区的狭窄空间。当这空间足够窄时，这种渡越是能够实现的。PN结两边的杂质浓度越高，空间电荷区越狭窄，能带的弯曲度越大，越容易发生电子从P区价带向N区导带的隧道击穿。这等于是反向偏压产生的电场直接从P区的价带抽取电子，而不是从它的导带，因而反向电流急剧增加。在实际应用中，利用齐纳击穿现象可以制作齐纳二极管，在电路中做稳压管。

综上所述，雪崩击穿和齐纳击穿机理是完全不同的，主要区别有以下三点：

1）掺杂浓度对两种击穿机理的影响不同。从上面分析知道齐纳击穿只发生在两边重掺杂的PN结中。而雪崩击穿主要取决于碰撞电离，除与电场强度有关外，还与空间电荷区的宽度有关，空间电荷区越宽，倍增次数就越多。所以，在PN结掺杂浓度不太高时，所发生的击穿往往是雪崩击穿。

图3-18 PN结的齐纳击穿示意图

2）外界作用对两种击穿机理的影响不同。因为雪崩击穿是碰撞电离的结果，光照或快速离子轰击等都能增加空间电荷区中的电子和空穴，引起倍增效应。而这些外界作用，对于齐纳击穿则不会有明显的影响。

3）温度对两种击穿机理的影响不同。齐纳击穿的击穿电压具有负的温度系数特性，即击穿电压随温度升高而减小。而由雪崩倍增决定的击穿电压，由于碰撞电离率随温度升高而减小，所以击穿电压随温度升高而增加，温度系数是正的。

上述两种形式的击穿过程都是可逆的，只要在外电路中采取适当措施，把反向电流限制在一定范围内，保证反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率，当反向电压降低后PN结仍可恢复原来的状态。

PN结的反向电流会随着结温T的上升而增加，这与中性区少数载流子的浓度和空间电荷区产生的电流都会随着温度的上升而加大有关。另外，温度的升高还会对PN结的雪崩击穿电压有影响。为了避免这些热效应严重影响结型器件的稳定性，必须对器件采取有效的散热措施，因而电力电子装置中的电力半导体器件大多安装在散热器上。在极限条件下，反向电流和反向电压的乘积超过PN结容许的耗散功率，就会因热量散发不出去而导致PN结温上升，而结温上升又导致反向电流和热损耗的增加。若没有采取有效措施，就会形成恶性循环，直至过热而烧毁PN结中的晶体结构，这种热不稳定性引起的击穿称为热击穿或热电击穿。与PN结的电击穿不同，热击穿是不可逆的，必须尽可能地避免。