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.