Лавинно-пролетный диод (ЛПД) – это полупроводниковый диод, работающий в режиме лавинного умножения носителей заряда при обратном смещении электрического перехода и предназначенный для генерации сверхвысокочастотных колебаний.
В настоящее время ЛПД является одним из самых мощных твердотельных источников СВЧ-излучения в диапазоне частот, соответствующих миллиметровым длинам волн. К недостаткам ЛПД следует отнести высокий уровень собственных шумов, вызванных процессами лавинного умножения носителей заряда, и необходимость тщательного расчета и настройки цепей с ЛПД для их стабильной работы.
Статическая ВАХ ЛПД соответствует характеристике обычного выпрямительного диода. Участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением появляется только на высоких частотах, что позволяет использовать его не только для генерации, но и для усиления СВЧ-колебаний.
Рассмотрим работу в ЛПД с 
-структурой.
Толщину 
области диода 
выбирают такой, чтобы при обратном смещении обедненный слой толщиной 
заполнял практически всю область, поэтому 
(рис. 1.24, а).
Так как в несимметричных переходах практически вся обедненная носителями заряда область располагается в слаболегированном слое, то 
и 
(рис. 1.24, а, б). На диод подается обратное смещение 
, которое должно быть больше напряжения лавинного пробоя 
, но меньше напряжения теплового пробоя 
. Так как
область обеднена основными носителями заряда, а в 
слое с собственной электропроводностью концентрация свободных носителей заряда мала (рис. 1.24, б), то распределение электрического поля в диоде соответствует рис. 1.24, в. Из-за сильной зависимости коэффициента ударной ионизации от напряженности электрического поля область лавинного умножения сильно локализована (рис. 1.24, г), поэтому процесс умножения носителей заряда происходит в узком слое толщиной 
. Слой вне области умножения (
) называется областью дрейфа. Носители заряда, генерируемые в обратносмещенном 
-переходе, разделяются полем последнего и дрейфуют в нем.
Электроны и дырки дрейфуют от области умножения толщиной до и 
-областей соответственно (рис. 1.24, а). Путь и время дрейфа электронов значительно больше пути и времени дрейфа дырок. Поэтому временем дрейфа дырок можно пренебречь и считать, что все пролетное запаздывание 
и связанное с ним отрицательное дифференциальное сопротивление определяются дрейфующими электронами.
Рис. 1.24
Геометрические размеры 
-структуры и приложенное обратное напряжение выбирают так, чтобы по всему 
слою напряженность поля была выше напряженности, обеспечивающей насыщение скорости дрейфа. В результате все дрейфующие электроны будут иметь практически одинаковые скорости дрейфа, близкие к насыщению, и размытие пакетов дрейфующих электронов будет незначительным. Время пролета пакета электронов через область дрейфа будет определять диапазон частот, в которых наблюдается участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Для работы ЛПД в режиме автоколебаний на него необходимо подать обратное смещение, достаточное для развития лавинного пробоя, и подключить его к микроволновому резонатору. Приложим к ЛПД обратное напряжение 
. При 
возникает импульс лавинного тока, значение которого определяется приложенным напряжением. По мере нарастания объемного заряда носителей, генерированных в слое толщиной , падение напряжения в -переходе будет уменьшаться и примет значение, меньшее 
(рис. 1.25).
Рис. 1.25
В течение времени 
будет наблюдаться ток лавинного умножения, после чего генерация носителей заряда прекратится.
С момента времени 
к 
области начинает двигаться пакет электронов длительностью 
. В момент времени 
первые электроны пакета начнут приходить в область и падение напряжения на -переходе будет возрастать. К моменту времени 
весь пакет электронов выходит из пролетного пространства длиной 
, напряжение 
достигает исходного значения, и цикл повторяется. Таким образом, ЛПД работает как автоколебательная система с периодом колебаний .
Кроме рассмотренного лавинно-пролетного режима работы, диоды могут работать и в режиме с захваченной плазмой.
В лавинно-пролетных диодах в режиме с захваченной плазмой частота генерируемых колебаний обычно не превышает 10 ГГц, в то время как при лавинном режиме эта частота может составлять несколько сотен гигагерц.