Лави́нный дио́д — электронный прибор, полупроводниковый диод , разновидность стабилитрона , обычно изготавливаемый из кремния , работа которого основана на обратимом лавинном пробое p-n перехода при обратном включении, то есть при подаче на слой полупроводника с p-типом проводимости ( анода ) отрицательного относительно n-слоя ( катода ) напряжения .

Лавинный пробой возникает при напряжённости электрического поля в p-n переходе достаточном для ударной ионизации , при которой носители заряда , ускоренные полем в переходе, генерируют пары электрон - дырка . При увеличении поля количество порождённых пар нарастает, что вызывает нарастание тока, поэтому напряжение на диоде остаётся практически постоянным.

Вообще в стабилитронах при обратном смещении перехода имеются два механизма обратимых пробоев: туннельный (зенеровский) и лавинный, но их вклад зависит от удельного сопротивления базы (при низких удельных сопротивлениях пробой носит туннельный характер, а при высоких — лавинный), которая в свою очередь зависит от материала полупроводника и типа проводимости базы (так, например, для электронного германия равенство лавинной и туннельной составляющей наблюдается при 1 Ом⋅см) , при этом напряжение пробоя зависит от степени легирования полупроводника , чем слабее легирование, тем выше напряжение начала пробоя (то есть стабилизации, для стабилитронов).

Для лавинного пробоя характерно увеличение напряжения стабилизации при повышении температуры, для пробоя по зенеровскому механизму — наоборот. При напряжении начала пробоя ниже 5,1 В преобладает пробой по зенеровскому типу, выше — преобладает лавинный пробой, поэтому у стабилитронов с напряжением стабилизации 5,1 В нет температурного дрейфа напряжения стабилизации, так как температурные дрейфы пробоя по этим двум механизмам взаимно компенсируют друг друга.

Таким образом, любые стабилитроны с напряжением стабилизации более 5,1 В можно считать лавинными диодами.

Применяется в электронике в качестве стабилитронов . Также применяются для защиты электрических цепей от перенапряжений . Защитные лавинные диоды конструируют так, чтобы исключить повышенную концентрацию (шнурование) тока в одной или нескольких точках p-n перехода, приводящее к локальному перегреву полупроводниковой структуры, для избежания необратимого разрушения диода. Диоды, предназначенные для защиты от перенапряжения, часто называют супрессорами .

Лавинный механизм обратного пробоя используется также в лавинных фотодиодах и диодных генераторах шума.

При медленном увеличении обратного напряжения заметно превысить напряжение стабилизации нереально. Но при высокой скорости нарастания ( dU / dt > 10 ¹² В/с) оказывается возможным приложение к p ⁺ -n-n ⁺ -структуре напряжения в полтора-два раза выше напряжения стационарного пробоя, после чего её сопротивление резко падает за время порядка 100 пикосекунд или менее. Такое сверхбыстрое изменение состояния от непроводящего к проводящему обеспечивается за счет формирования и распространения волны ударной ионизации. На основе данного эффекта разработан прибор, выполняемый чаще всего на кремнии, — импульсов ( англ. silicon avalanche sharpener, SAS diode ).

Литература

• Зи, С. М. Физика полупроводниковых приборов. — М. : Мир, 1984. — Т. 1. — 456 с. — 16 000 экз.
• Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники . — 3-е изд.. — М. : Мир, 1986. — Т. 1. — 598 с. — 50 000 экз.

Примечания