Unter Zener-Durchbruch versteht man ein Phänomen bei einer in Sperrrichtung vorgespannten Halbleiterdiode, bei dem die Spannung an der Diode die Durchbruchspannung übersteigt, was zu einem schnellen Anstieg des Stroms durch die Diode führt. Im Gegensatz zu normalen Dioden, die den Strom in Sperrrichtung blockieren sollen, sind Zener-Dioden speziell für den zuverlässigen Betrieb in diesem Durchbruchbereich ausgelegt. Während des Zener-Durchbruchs hält die Diode an ihren Anschlüssen eine nahezu konstante Spannung aufrecht, die sogenannte Zener-Spannung oder Durchbruchspannung, während der Strom ungehindert in Sperrrichtung fließen kann, ohne die Diode zu beschädigen.
Ein Zener-Durchbruch tritt auf, wenn eine Zener-Diode in Sperrichtung vorgespannt ist und die angelegte Spannung die für diese Diode spezifische Durchbruchspannung überschreitet. An diesem Punkt gelangt die Zener-Diode in einen Durchbruchsbereich, in dem sie den Strom in Sperrrichtung leitet und gleichzeitig eine stabile Spannung an ihren Anschlüssen aufrechterhält. Diese Eigenschaft macht Zenerdioden nützlich für Spannungsregelungs- und Schutzschaltungen, bei denen die Aufrechterhaltung eines präzisen Spannungsniveaus von entscheidender Bedeutung ist. Die Zenerspannung wird typischerweise in Datenblättern angegeben und bestimmt den Arbeitspunkt der Diode im Durchbruchbereich.
Die Durchbruchspannung einer Zener-Diode, oft einfach als Zener-Spannung bezeichnet, ist die spezifische Spannung, bei der die Diode in den Zener-Durchbruch eintritt und stark in Sperrrichtung zu leiten beginnt. Diese Spannung wird während des Herstellungsprozesses der Diode vorgegeben und kann so gewählt werden, dass sie den spezifischen Anforderungen der Spannungsregelung in elektronischen Schaltkreisen entspricht. Zenerdioden werden aufgrund ihrer stabilen Durchbrucheigenschaften und der Fähigkeit, Spannungsspitzen einzudämmen, häufig in Spannungsreferenzschaltungen, Spannungsreglern und Überspannungsschutzanwendungen eingesetzt.
Zenerdurchbruch und Lawinendurchbruch sind zwei unterschiedliche Mechanismen, durch die Halbleiterdioden über ihre Durchbruchspannung hinaus in Sperrrichtung leiten. Der Zener-Durchbruch tritt bei Zener-Dioden auf, die für den Betrieb in diesem Modus ausgelegt sind und eine kontrollierte Durchbruchspannung aufweisen. Im Gegensatz dazu kommt es bei gewöhnlichen Dioden zu einem Lawinendurchbruch aufgrund hoher elektrischer Felder im Verarmungsbereich der Diode, was zu einem schnellen Anstieg des Stroms führt. Beide Mechanismen führen zum Durchbruch des normalen Sperrzustands der Diode, unterscheiden sich jedoch in den physikalischen Prozessen, die den Durchbruch verursachen, und den daraus resultierenden Eigenschaften des Stromflusses.
Der nach dem Physiker Clarence Zener benannte Zener-Effekt bezieht sich speziell auf den Prozess, bei dem Elektronen in einem stark dotierten Halbleitermaterial aus einem angelegten elektrischen Feld genügend Energie gewinnen, um die Energielücke zu überwinden und in die umgekehrte Richtung zu leiten. Dieser Effekt ist für den Betrieb von Zenerdioden und anderen Halbleiterbauelementen von grundlegender Bedeutung, die für verschiedene Anwendungen auf einem kontrollierten Durchbruch basieren. Der Zener-Effekt liegt dem stabilen und vorhersehbaren Verhalten von Zener-Dioden in Spannungsregelungs- und Schutzschaltungen zugrunde, bei denen die Aufrechterhaltung eines präzisen Spannungsniveaus von entscheidender Bedeutung ist.