~2026-65245-5: Verweis auf Bravais Gitter gelöscht. Grund: die Bravaisgitter sind theoretische Konstrukte zur Beschreibung der regelmäßigen Anordnung von Atomen in Kristallen (hier: das Leitermaterial). Ein solches Gitter kann niemals Elektronen besitzen, die darin angeordneten Atome dagegen schon.

2026-01-30T10:08:11Z

Verweis auf Bravais Gitter gelöscht. Grund: die Bravaisgitter sind theoretische Konstrukte zur Beschreibung der regelmäßigen Anordnung von Atomen in Kristallen (hier: das Leitermaterial). Ein solches Gitter kann niemals Elektronen besitzen, die darin angeordneten Atome dagegen schon.

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{{Dieser Artikel|behandelt das physikalische Phänomen. Für die Wortbedeutung in der Kryptographie siehe [[Lawineneffekt (Kryptographie)]].}}

[[Datei:I-V curve for a Zener Diode.svg|mini|hochkant=1.5|I-U-Kennlinien von Z-Dioden. Zener- und Lawinendurchbruch im linken unteren Quadranten.]]
Der '''Lawinendurchbruch''', auch '''Avalanche-Durchbruch'''<ref>{{Literatur |Autor=Joachim Specovius |Hrsg= |Titel=Grundkurs Leistungselektronik - Bauelemente, Schaltungen und Systeme |Auflage=9 |Verlag=Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH |Ort=Beuth Hochschule für Technik Berlin Berlin, Deutschland |Datum=2018 |ISBN=978-3-658-21168-4 |Seiten=15}}</ref> (von englisch ''avalanche'', Lawine) genannt, ist in der [[Elektronik]] eine der drei [[Sperrspannung|Durchbruchsarten]] bei [[Halbleiter]]bauelementen. Unter einem Durchbruch eines [[p-n-Übergang]]s versteht man den steilen Anstieg des Stroms bei einer bestimmten [[Sperrspannung]], wenn die Diode in Sperrrichtung gepolt ist. Auslöser des Lawinendurchbruchs ist der '''Lawineneffekt'''<ref>{{Literatur |Autor=Stefan Goßner |Titel=Grundlagen der Elektronik - Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=9 |Verlag=Shaker Verlag GmbH |Ort=Aachen |Datum=2016 |ISBN=978-3-8265-8825-9 |Seiten=29 ff.}}</ref> (auch '''Avalanche-Effekt''', ''Lawinenvervielfachung'' oder ''Trägermultiplikation'' genannt). Der Lawineneffekt ist ein umkehrbarer oder reversibler Effekt, sofern die zulässige [[Verlustleistung|Gesamtverlustleistung]] des Bauelementes nicht überschritten wird.

== Beschreibung ==
Ladungsträger, die durch ein äußeres [[elektrisches Feld]] durch die [[Raumladungszone]] bewegt werden, können durch [[Stoßionisation]] [[Valenzelektron]]en der Atome des Leitermaterials aus ihren Bindungen herausschlagen und so in das [[Leitungsband]] anheben. Bei hinreichend großer äußerer Feldstärke haben die Elektronen eine so große Energie, dass sie nach einem Stoß mit den Valenzelektronen nicht nur diese als Ladungsträger verfügbar machen, sondern selbst nicht rekombinieren, weiterhin im Leitungsband verbleiben und nochmals freie Ladungsträger erzeugen können. Dadurch wächst die Anzahl freier Ladungsträger im Leitungsband lawinenartig exponentiell an.

Durch den Dotierungsgrad lässt sich bei Halbleitern die Breite der Raumladungszone und damit die Lawinendurchbruchsspannung ändern.
Beim Lawinendurchbruch steigt der Strom im Vergleich zum [[Zener-Effekt|Zener-Durchbruch]] sehr abrupt mit der Spannung an. Bei steigender Temperatur setzt der Lawinendurchbruch im Gegensatz zum Zener-Durchbruch erst bei höherer Spannung ein. Im Allgemeinen wirken in der Praxis Zener- und Lawineneffekt gleichzeitig. Die Durchbruchspannungen liegen hierbei im Bereich zwischen etwas unter 6 und 8–10 V.

Der Lawinendurchbruch tritt in schwach dotierten p-n-Übergängen bei [[Z-Diode]]n auf, durch die Stärke der Dotierung wird die konkrete Durchbruchspannung eingestellt. Der bei dem Lawinendurchbruch vorhandene positive [[Temperaturkoeffizient]] bei einer bestimmten Z-Diode hängt von der Stärke der Dotierung und im Gegensatz zu dem Zener-Effekt auch von der Durchbruchspannung der Z-Diode ab. So liegt beispielsweise bei einer Z-Diode mit einer Durchbruchspannung von 8,2 V der Temperaturkoeffizient im Bereich von 3 mV/K bis 6 mV/K, bei einer Z-Diode mit einer Durchbruchspannung von 18 V bei 12–18 mV/K.<ref name="es154" />

Durch die Überlagerung und gegenseitige Kompensation des Zener- und Lawineneffektes lassen sich durch Kombination mehrerer Dioden mit unterschiedlichen Durchbruchspannungen in Summe vergleichsweise temperaturstabile Z-Diodenschaltungen herstellen. Bei Z-Dioden mit Durchbruchspannungen um 5,5 V überlagern sich beide Effekte in etwa gleich stark. Dieser Umstand wird bei [[Referenzdiode]]n und einfachen [[Referenzspannungsquelle]]n eingesetzt, um eine möglichst temperaturunabhängige Referenzspannung gewinnen zu können. Die in [[Integrierte Schaltung|integrierten Schaltungen]] verfügbaren [[Bandabstandsreferenz]]en weisen eine deutlich bessere Temperaturstabilität auf.

== Anwendung ==
Der Lawineneffekt wird in folgenden Halbleiterbauteilen genutzt:
* [[Lawinendiode]]n arbeiten mit sehr hoher Sperrspannung und nutzen den Lawineneffekt u. a. zur Spannungsstabilisierung und Schwingkreisentdämpfung ([[IMPATT-Diode]]) sowie zum Aufbau von Rauschgeneratoren.
* [[Lawinenphotodiode]]n nutzen den Lawineneffekt zur Verstärkung des Photostromes
* [[Diode]]n und [[Bipolartransistor]]en lassen sich durch ein kontrolliertes Lawinendurchbruch-Verhalten vor Zerstörung durch Überspannungen schützen. Anwendung findet dies unter anderem bei den [[Lawinentransistor]]en welche vergleichsweise hohe Ströme und geringe Transitzeiten aufweisen.
* [[Z-Diode]]n mit einer Durchbruchspannung U<sub>Z</sub> > 5 V

== Literaturverzeichnis ==

* Joachim Specovius: ''Grundkurs Leistungselektronik – Bauelemente, Schaltungen und Systeme.'' 9. Auflage, Springer Verlag, Wiesbaden 2018, ISBN 978-3-658-21168-4.
* [[Stefan Goßner]]: ''Grundlagen der Elektronik – Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen.'' 11. Auflage, Shaker Verlag GmbH, Aachen 2019, ISBN 978-3-8440-6784-2.

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="es154">{{Internetquelle
|url=http://people.seas.harvard.edu/~jones/es154/lectures/lecture_2/breakdown/breakdown.html
|titel=Zener and Avalanche Breakdown/Diodes, Engineering Sciences 154
|abruf=2014-12-29
|archiv-url=https://web.archive.org/web/20171107012331/http://people.seas.harvard.edu/~jones/es154/lectures/lecture_2/breakdown/breakdown.html
|archiv-datum=2017-11-07
|offline=1

}}</ref>
</references>

{{Normdaten|TYP=s|GND=4737234-5}}

[[Kategorie:Festkörperphysik]]

Lawinendurchbruch - Versionsgeschichte