Avalanche quântica é um fenômeno no qual um pequeno número de portadores de carga livres em um semicondutor ou isolante pode desencadear uma cascata de eventos de ionização, levando a um aumento repentino e dramático na condutividade do material.

Este processo pode ocorrer quando um campo elétrico suficientemente forte é aplicado ao material, fazendo com que os portadores de carga livres ganhem energia suficiente para colidir e ionizar outros átomos ou moléculas, gerando assim portadores de carga adicionais. Esses portadores de carga recém-gerados podem então ionizar outros átomos ou moléculas, criando uma reação em cadeia que resulta em um crescimento exponencial no número de portadores de carga livres e em uma diminuição correspondente na resistência do material.


À medida que a intensidade do campo elétrico aumenta, a probabilidade de uma avalanche quântica também aumenta, eventualmente atingindo um ponto crítico onde o material sofre uma transição repentina de não condutor para condutor.

Esta transição é acompanhada por uma queda acentuada na resistência do material e um aumento correspondente na sua condutividade. A intensidade crítica do campo elétrico necessária para a ocorrência de uma avalanche quântica depende das propriedades do material, como seu bandgap, massa efetiva e constante dielétrica.

A avalanche quântica desempenha um papel crucial em vários dispositivos e fenômenos eletrônicos, como diodos Zener, fotodiodos de avalanche e junções de túnel metal-isolante-metal (MIM).

Nos diodos Zener, a avalanche quântica é utilizada para obter uma referência de tensão estável, enquanto nos fotodiodos de avalanche permite a detecção de luz de baixa intensidade amplificando o sinal através da multiplicação de portadores de carga. As junções de túnel MIM, por outro lado, dependem da avalanche quântica para atingir um estado de alta resistência em dispositivos de memória não voláteis.