Avalanche quântica é um fenômeno que ocorre quando um forte campo elétrico é aplicado a um não condutor ou semicondutor, fazendo com que ele sofra um aumento repentino e significativo em sua condutividade elétrica. Este efeito está associado à quebra do bandgap do material e à geração de um grande número de portadores de carga, levando a uma transição de um estado isolante ou semicondutor para um estado condutor.
Aqui está uma explicação mais detalhada do processo de avalanche quântica:
1.
Alto campo elétrico: Quando um campo elétrico suficientemente alto é aplicado através de um não condutor ou semicondutor, as bandas de energia dentro do material são distorcidas e o intervalo de bandas entre a banda de valência e a banda de condução é reduzido.
2.
Túnel eletrônico: Sob a influência do forte campo elétrico, os elétrons da banda de valência podem superar o bandgap reduzido e passar pela barreira de energia para a banda de condução. Este processo requer menos energia em comparação com a excitação térmica dos elétrons, que é a maneira usual pela qual os elétrons saltam através do bandgap.
3.
Multiplicação de portadora: Os elétrons que entram na banda de condução ganham energia do campo elétrico e aceleram, colidindo com outros elétrons de valência. Essas colisões causam mais ionização e a geração de pares elétron-buraco adicionais. Este processo é conhecido como ionização por impacto ou multiplicação de portadores.
4.
Efeito Avalanche: Os elétrons e lacunas recém-gerados podem repetir o processo de ionização por impacto, levando a um efeito semelhante a uma reação em cadeia, onde o número de portadores de carga aumenta exponencialmente. Isso amplifica rapidamente a corrente elétrica, fazendo com que o material sofra uma transição repentina de um estado não condutor para um estado condutor.
5.
Formação de Plasma: À medida que a densidade dos portadores de carga continua a aumentar, a resistividade elétrica do material diminui e ele começa a se comportar como um plasma. Neste estado de plasma, coexiste um grande número de elétrons livres e lacunas, permitindo que o material conduza eletricidade de forma eficiente.
A avalanche quântica é um fenômeno crítico em vários dispositivos e aplicações eletrônicas, incluindo fotodiodos de avalanche, fotomultiplicadores e interruptores de alta potência. Também é importante na compreensão do comportamento dos materiais sob campos elétricos extremos, como quedas de raios ou falhas elétricas em isoladores.
