Обратное напряжение, приложенное к диоду, обычно падает на выпрямляющем электрическом переходе диода. При больших для конкретного диода обратных напряжениях происходит пробой выпрямляющего электрического перехода. Пробой выпрямляющего электрического перехода (и соответственно пробой диода) – это явление резкого увеличения дифференциальной проводимости выпрямляющего перехода при достижении обратным напряжением критического для данного прибора значения. В зависимости от физических явлений, приводящих к пробою, различают лавинный, туннельный и тепловой пробои.

Лавинный пробой выпрямляющего электрического перехода – это пробой, вызванный лавинным размножением носителей заряда под действием сильного электрического поля. Лавинное размножение носителей заряда происходит в результате того, что они, проходя через выпрямляющий переход при обратном напряжении, приобретают в сильном электрическом поле на длине свободного пробега дополнительную энергию, достаточную для образования новых электронно-дырочных пар носителей заряда посредством ударной ионизации атомов полупроводника.

Процесс ударной ионизации характеризуют коэффициентами ударной ионизации α_n и α_p, которые в сильной степени зависят от напряжённости электрического поля. Поэтому коэффициенты ударной ионизации для электронов и дырок обычно считают равными.

Чтобы количественно охарактеризовать увеличение тока из-за процесса ударной ионизации в выпрямляющем переходе, вводят коэффициенты лавинного размножения M_n и M_p, показывающие, во сколько раз увеличивается ток данных носителей в результате ударной ионизации. Другими словами, коэффициент лавинного размножения – это отношение тока данных носителей заряда (например, электронов), выходящих из выпрямляющего перехода, к току тех же носителей, входящих в переход. В связи с предположением о равенстве коэффициентов ударной ионизации автоматически получается равенство и коэффициентов лавинного размножения:M_n = M_p = M.

Наконец, параметром диода, характеризующим явление пробоя его выпрямляющего перехода, является пробивное напряжение диода – напряжение, при котором происходит неограниченное возрастание тока (рис.1).

Формально при пробивном напряжении  . В производственных условиях пробивное напряжение диода определяют значением обратного напряжения, вызывающего пробой выпрямляющего перехода, при котором обратный ток достигает заданного значения.

При протекании обратного тока в полупроводниковом диоде в виде тепла выделяется мощность i*u , приводящая к разогреву диода.
Однако увеличение температуры перехода ведет к увеличению обратного тока и к усилению разогрева – и при недостаточном теплоотводе на статической ВАХ может появиться область отрицательного сопротивления и развиться тепловой пробой (рис.2).

Вольт-амперная характеристика

Реально время развития теплового пробоя велико – 0.01-100с. Тепловой пробой ограничивает рабочие температуры: – 70-80⁰С для Ge, и 100-130⁰С для Si.

Если развивающийся ток пробоя не достаточно ограничен внешней цепью, то происходит тепловое разрушение диода (например, плавление полупроводника).

Явление пробоя нашло применение в конструировании стабилитронов - полупроводниковых диодов, ВАХ которых имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке характеристики.

ВАХ стабилитрона имеет вид, представленный на рис.1.

При достижении напряжения на стабилитроне, называемого напряжением стабилизации U_стаб, ток через стабилитрон резко возрастает. Дифференциальное сопротивление R_диф идеального стабилитрона на этом участке ВАХ стремится к 0, в реальных приборах величина R_диф составляет значение: R_диф ≈ 2÷50 Ом.

Основное назначение стабилитрона – стабилизация напряжения на нагрузке, при изменяющемся напряжении во внешней цепи. В связи с этим последовательно со стабилитроном включают нагрузочное сопротивление, демпфирующее изменение внешнего напряжения. Поэтому стабилитрон называют также опорным диодом. Напряжение стабилизации U_стаб зависит от физического механизма, обуславливающего резкую зависимость тока от напряжения. Различают два физических механизма, ответственных за такую зависимость тока от напряжения, – лавинный и туннельный пробой p-n перехода.

Для стабилитронов с туннельным механизмом пробоя напряжение стабилизации U_стаб невелико и составляет величину менее 5 вольт: U_стаб < 5 В. Для стабилитронов с лавинным механизмом пробоя напряжение стабилизации обычно имеет большие значения и составляет величину более 8 вольт: U_стаб > 8 В.

Основными характеристиками стабилитрона являются ток I_ст и напряжение U_ст стабилизации, дифференциальное напряжение стабилитрона rст и температурная зависимость этих параметров. На рис.2 приведены дифференциальные параметры различных стабилитронов.

Как следует из приведенных данных, значение дифференциального сопротивления для стабилитронов обратно пропорционально току стабилизации и составляет десятки Ом при рабочих параметрах токов. Точность значения напряжения стабилизации составляет десятки милливольт в стандартном температурном диапазоне.

Для изготовления стабилитронов используют полупроводники с высокой концентрацией примесей, поэтому напряженность электрического поля в p-n-переходе значительно выше, чем у обычных диодов. При небольших обратных напряжениях в p-n-переходе стабилитрона возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой. В этом режиме нагрев диода не носит лавинообразного характера, поэтому электрический пробой не переходит в тепловой. Пробойный режим не связан с инжекцией неосновных носителей, поэтому в стабилитроне инерционные явления, связанные с накоплением и рассасыванием носителей при переходе из области пробоя в область запирания и обратно практически отсутствуют. Это позволяет использовать стабилитроны в импульсных схемах в качестве ограничителей.

p-n-переход – очень тонкий слой (0.1-100μm), и при существенным приложенном обратном напряжении (10-1000V) возможно развитие электрического разряда (искры, дуги) по поверхности полупроводника (на границе газ-полупроводник); пробой обычно стимулируется дефектами и загрязнениями на поверхности (рис.1).
 
Предотвращение: спецобработка поверхностей (полировка, травление, пассивация), нанесение покрытия (компаунды), снятие фасок, специальные профили распределения примесей

В сильных полях (~10⁴-10⁶V/cm) носитель между двумя соударениями с решеткой набирает энергию, достаточную для ионизации атома в узле – т.е. при соударениях он генерирует новые электронно-дырочные пары.

Новые носители далее так же генерируют пары – возникает лавинное размножение носителей, а на VA-характеристике возникает быстрое (не ограниченное) возрастание тока – происходит лавинный пробой :

Оптический диапазон составляют электромагнитные волны, длины которых простираются от 1 мм до 1 нм. Оптический диапазон замечателен тем, что именно в нём наиболее отчётливо проявляется корпускулярно-волновой дуализм; При известной удельной мощности P плотность фотонного потока N определяется выражением
В веществе с показателем преломления n скорость распространения светового луча становится c/n, а поскольку величина n зависит от длины волны (как правило, растёт с уменьшением l), то это обуславливает дисперсию.