Ce processus peut se produire lorsqu'un champ électrique suffisamment puissant est appliqué au matériau, ce qui amène les porteurs de charge libres à gagner suffisamment d'énergie pour entrer en collision et ioniser d'autres atomes ou molécules, générant ainsi des porteurs de charge supplémentaires. Ces porteurs de charge nouvellement générés peuvent ensuite ioniser d’autres atomes ou molécules, créant une réaction en chaîne qui entraîne une croissance exponentielle du nombre de porteurs de charge libres et une diminution correspondante de la résistance du matériau.
À mesure que l’intensité du champ électrique augmente, la probabilité d’une avalanche quantique augmente également, atteignant finalement un point critique où le matériau subit une transition soudaine de non-conducteur à conducteur.
Cette transition s'accompagne d'une forte baisse de la résistance du matériau et d'une augmentation correspondante de sa conductivité. L'intensité critique du champ électrique requise pour qu'une avalanche quantique se produise dépend des propriétés du matériau, telles que sa bande interdite, sa masse effective et sa constante diélectrique.
L'avalanche quantique joue un rôle crucial dans divers dispositifs et phénomènes électroniques, tels que les diodes Zener, les photodiodes à avalanche et les jonctions tunnel métal-isolant-métal (MIM).
Dans les diodes Zener, l'avalanche quantique est utilisée pour obtenir une référence de tension stable, tandis que dans les photodiodes à avalanche, elle permet la détection d'une lumière de faible intensité en amplifiant le signal grâce à la multiplication des porteurs de charge. Les jonctions tunnel MIM, quant à elles, s'appuient sur une avalanche quantique pour atteindre un état de résistance élevé dans les dispositifs de mémoire non volatile.
