Лавинный пробой (или эффект лавины ) — это явление, которое может происходить как в изолирующих , так и в полупроводниковых материалах. Это форма умножения электрического тока, которая может допускать очень большие токи в материалах, которые в противном случае являются хорошими изоляторами. Это тип электронной лавины . Процесс лавины происходит, когда носители в переходной области ускоряются электрическим полем до энергий, достаточных для создания подвижных или свободных пар электрон - дырка посредством столкновений со связанными электронами.
Материалы проводят электричество, если они содержат подвижные носители заряда. В полупроводнике есть два типа носителей заряда: свободные электроны (подвижные электроны) и электронные дырки (подвижные дырки, которые являются отсутствующими электронами из нормально занятых электронных состояний). Нормально связанный электрон (например, в связи) в диоде с обратным смещением может вырваться из-за тепловой флуктуации или возбуждения, создавая подвижную пару электрон-дырка ( экситон ). Если в полупроводнике есть градиент напряжения (электрическое поле), то электрон будет двигаться в направлении положительного напряжения, а дырка будет двигаться в направлении отрицательного напряжения. Обычно электрон и дырка просто перемещаются к противоположным концам кристалла и входят в соответствующие электроды. Когда электрическое поле достаточно сильное, подвижный электрон или дырка могут ускоряться до скоростей, достаточно высоких, чтобы выбить другие связанные электроны, создавая больше свободных носителей заряда, увеличивая ток и приводя к дальнейшим процессам «выбивания» и создавая лавину. Таким образом, большие части нормально изолирующего кристалла могут начать проводить.
Большое падение напряжения и, возможно, большой ток во время пробоя обязательно приводят к генерации тепла. Поэтому диод, помещенный в обратное блокирующее силовое приложение, обычно будет разрушен пробоем, если внешняя цепь допускает большой ток. В принципе, лавинный пробой включает только прохождение электронов и не обязательно вызывает повреждение кристалла. Лавинные диоды (обычно встречающиеся как высоковольтные стабилитроны ) сконструированы так, чтобы пробивать при равномерном напряжении и избегать скопления тока во время пробоя. Эти диоды могут неограниченно долго поддерживать умеренный уровень тока во время пробоя.
Напряжение, при котором происходит пробой, называется напряжением пробоя . Существует эффект гистерезиса : после того, как произошел лавинный пробой, материал будет продолжать проводить, даже если напряжение на нем упадет ниже напряжения пробоя. Это отличается от диода Зенера , который перестанет проводить, как только обратное напряжение упадет ниже напряжения пробоя.