Лавинный пробой (или лавинный эффект ) — явление, которое может возникать как в изоляционных, так и в полупроводниковых материалах. Это форма умножения электрического тока, которая может пропускать очень большие токи в материалах, которые в остальном являются хорошими изоляторами. Это разновидность электронной лавины . Лавинный процесс происходит, когда носители в переходной области ускоряются электрическим полем до энергий, достаточных для создания подвижных или свободных электрон-дырочных пар за счет столкновений со связанными электронами.
Материалы проводят электричество, если содержат подвижные носители заряда. В полупроводнике есть два типа носителей заряда: свободные электроны (подвижные электроны) и электронные дырки (подвижные дырки, в которых отсутствуют электроны из обычно занятых электронных состояний). Нормально связанный электрон (например, в связи) в обратносмещенном диоде может вырваться из-за тепловых колебаний или возбуждения, создавая подвижную пару электрон-дырка ( экситон ). Если в полупроводнике существует градиент напряжения (электрическое поле), электрон будет двигаться в сторону положительного напряжения, а дырка - в сторону 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 достаточно высоких скоростей, чтобы выбить другие связанные электроны, создавая больше свободных носителей заряда, увеличивая ток и приводя к дальнейшим процессам «выбивания» и созданию лавины. Таким образом, большие части кристалла с нормальной изоляцией могут начать проводить ток.
Большое падение напряжения и, возможно, большой ток при пробое обязательно приводят к выделению тепла. Следовательно, диод, включенный в схему обратной блокировки питания, обычно выходит из строя в результате пробоя, если внешняя цепь пропускает большой ток. В принципе, лавинный пробой включает только прохождение электронов и не обязательно вызывает повреждение кристалла. Лавинные диоды (обычно встречающиеся как высоковольтные стабилитроны ) сконструированы таким образом, чтобы пробиться при постоянном напряжении и избежать скопления тока во время пробоя. Эти диоды могут неопределенно долго выдерживать умеренный уровень тока во время пробоя.
Напряжение, при котором происходит пробой, называется напряжением пробоя . Существует эффект гистерезиса ; как только произошел лавинный пробой, материал продолжит проводить ток, даже если напряжение на нем упадет ниже напряжения пробоя. Это отличается от стабилитрона , который перестает проводить ток, как только обратное напряжение упадет ниже напряжения пробоя.