Kwantumlawine is een fenomeen waarbij een klein aantal vrije ladingsdragers in een halfgeleider of isolator een cascade van ionisatiegebeurtenissen kan veroorzaken, wat leidt tot een plotselinge en dramatische toename van de geleidbaarheid van het materiaal.

Dit proces kan plaatsvinden wanneer een voldoende sterk elektrisch veld op het materiaal wordt aangelegd, waardoor de vrije ladingsdragers voldoende energie verkrijgen om met andere atomen of moleculen te botsen en te ioniseren, waardoor extra ladingsdragers worden gegenereerd. Deze nieuw gegenereerde ladingsdragers kunnen vervolgens andere atomen of moleculen ioniseren, waardoor een kettingreactie ontstaat die resulteert in een exponentiële groei van het aantal vrije ladingsdragers en een overeenkomstige afname van de weerstand van het materiaal.

Naarmate de elektrische veldsterkte toeneemt, neemt ook de kans op een kwantumlawine toe, waarbij uiteindelijk een kritisch punt wordt bereikt waarop het materiaal een plotselinge overgang ondergaat van een niet-geleider naar een geleider.

Deze overgang gaat gepaard met een scherpe daling van de weerstand van het materiaal en een overeenkomstige toename van de geleidbaarheid. De kritische elektrische veldsterkte die nodig is om een ​​kwantumlawine te laten optreden, hangt af van de eigenschappen van het materiaal, zoals de bandafstand, de effectieve massa en de diëlektrische constante.

Kwantumlawines spelen een cruciale rol in verschillende elektronische apparaten en verschijnselen, zoals zenerdiodes, lawinefotodiodes en metaal-isolator-metaal (MIM) tunnelovergangen.

Bij zenerdiodes wordt kwantumlawine gebruikt om een ​​stabiele spanningsreferentie te bereiken, terwijl bij lawinefotodiodes het de detectie van licht met lage intensiteit mogelijk maakt door het signaal te versterken door de vermenigvuldiging van ladingsdragers. MIM-tunnelverbindingen daarentegen vertrouwen op kwantumlawine om een ​​hoge weerstandstoestand te bereiken in niet-vluchtige geheugenapparaten.