¿Cuál es la razón de una falla en el diodo Zener?

La ruptura de Zener se observa en los diodos Zener que tienen Vz menos de 5 V o entre 5 y 8 voltios. Cuando se aplica un voltaje inverso a un diodo Zener, hace que aparezca un campo eléctrico muy intenso en una región de agotamiento estrecha. Un campo eléctrico tan intenso es lo suficientemente fuerte como para atraer algunos de los electrones de valencia hacia la banda de conducción rompiendo sus enlaces covalentes. Estos electrones se convierten en electrones libres que están disponibles para la conducción. Una gran cantidad de tales electrones libres constituirá una gran corriente inversa a través del diodo Zener y se dice que se produjo una falla debido al efecto Zener.

Se debe conectar una resistencia limitadora de corriente en serie con el diodo Zener para protegerlo contra el daño debido al calentamiento excesivo. En la ruptura de Zener, el voltaje de ruptura depende de la temperatura de la unión PN. El voltaje de ruptura disminuye con el aumento de la temperatura de la unión.

Hay dos tipos, el verdadero colapso de Zener, que ocurre por debajo de aproximadamente 6 voltios, y el colapso de avalancha, principalmente por encima de 6 voltios.

La ruptura de Zener ocurre con los túneles de electrones, a través de una unión muy dopada.

El desglose de avalanchas se debe a los transportistas minoritarios.

En la mayoría de ellos, la intensidad de campo es enorme, ¡aproximadamente 30 millones de voltios por metro! Es sorprendente que puedan resistir tan bien como lo hacen.

Ambos procesos son procesos cuánticos aleatorios, por lo que tienen mucho ruido. El lado positivo es que puedes hacer un generador de números aleatorios aceptable a partir del ruido.

Debo agregar, si por “avería” te refieres a un diodo Zener que se acorta, o lo que es mucho más raro, se abre: no debería suceder. A menos que esté destinado.

En algunos circuitos integrados hay escalas de resistencia interna, cada resistencia con un pequeño zener a través de ella. Los Zener no conducen, hasta que en el dispositivo de prueba miden qué tan lejos está el valor de la resistencia, y usan un láser o corriente para “zap” a un Zener a la vez, acortando una resistencia, y con suerte acercando el IC a las especificaciones Los Zeners se usan para esto, ya que son pequeños, baratos y fácilmente eliminados en un corto muy bajo. Ahora, si usa un amplificador operacional que está ajustado de esta manera y aplica una sobretensión a una entrada o salida, posiblemente podría acabar con uno de los zeners internos y el amplificador o estará fuera de especificación en el voltaje de compensación. Pero eso es razonablemente raro.

Si un Zener discreto está cortocircuitando en un circuito, eso es bastante raro, ya que los Zener generalmente están en un circuito con una resistencia limitadora de corriente en serie con la entrada. O a veces, no con frecuencia, están directamente a través de una entrada y están destinados a conducir en picos de voltaje. Por lo tanto, no deberían cortocircuitar a menos que haya una gran sobretensión de entrada. O si se ejecutan en o sobre su potencia y temperatura máximas diseñadas.

Hay un buen artículo de Wikipedia sobre diodos Zener.

Si te refieres a cómo explotó uno, además de fallar simplemente debido a un defecto de fabricación, la razón más probable es que se pasó demasiada corriente para que se sobrecalentara y fallara.

No puedo entender qué es exactamente lo que esperas. Todo sobre el desglose de Zener es cierto. Este desglose es un desglose bienvenido, bien diseñado, respetado y esperado a diferencia de un diodo rectificador normal, donde el desglose es una región que debe evitarse.

George Gonzalez escribió una gran respuesta. No puedo agregarle nada.

Es debido a
1. tunelización cuántica bajo alto campo eléctrico
2. Desglose de avalancha