Przebicie diody Zenera następuje w wyniku procesu zwanego przebiciem Zenera lub przebiciem lawinowym. Zjawisko to ma miejsce, gdy napięcie polaryzacji zaporowej przyłożone do diody Zenera przekracza napięcie przebicia (znane również jako napięcie Zenera). Podczas normalnej pracy w obszarze polaryzacji zaporowej płynie niewielki prąd wsteczny z powodu nośników mniejszościowych w diodzie. Jednakże, gdy napięcie polaryzacji zaporowej wzrasta i osiąga próg napięcia Zenera, pole elektryczne w obszarze zubożenia staje się wystarczająco silne, aby spowodować generowanie par elektron-dziura w wyniku jonizacji uderzeniowej. Ten nagły wzrost liczby nośników prowadzi do znacznego wzrostu prądu płynącego przez diodę, dzięki czemu może ona przewodzić silnie w odwrotnym kierunku bez uszkodzeń. Ten kontrolowany awaria jest wykorzystywana w obwodach regulacji napięcia i zabezpieczeń.
Główną przyczyną obszaru przebicia diody, w tym diod Zenera, jest wytwarzanie par elektron-dziura w wyniku jonizacji uderzeniowej, gdy napięcie polaryzacji zaporowej przekracza wartość krytyczną. W normalnym trybie polaryzacji w kierunku przewodzenia diody przewodzą prąd, umożliwiając większości nośników (elektrony typu N i dziury typu P) przemieszczanie się przez złącze. Jednakże przy polaryzacji odwrotnej występuje niewielki prąd upływowy ze względu na nośniki mniejszościowe. Kiedy napięcie polaryzacji zaporowej wzrasta powyżej pewnego progu (napięcie Zenera w przypadku diod Zenera), pole elektryczne na złączu staje się wystarczająco silne, aby zjonizować atomy w obszarze zubożenia. Jonizacja powoduje powstanie dodatkowych nośników ładunku, co prowadzi do nagłego wzrostu przepływu prądu przez diodę, zwanego prądem przebicia. Zrozumienie tego mechanizmu awarii jest niezbędne do projektowania obwodów wykorzystujących diody zarówno w konfiguracji polaryzacji do przodu, jak i do tyłu.
Potencjał przebicia diody Zenera odnosi się do jej napięcia Zenera, które jest krytycznym parametrem określającym obszar odwrotnego przebicia diody. Diody Zenera są specjalnie zaprojektowane do pracy w tym obszarze przebicia bez trwałych uszkodzeń. Potencjał przebicia, czyli napięcie Zenera, jest zwykle podawany w arkuszach danych i określa napięcie, przy którym dioda zaczyna silnie przewodzić w kierunku polaryzacji zaporowej. Ta cecha sprawia, że diody Zenera są przydatne do regulacji napięcia i ochrony obwodów elektronicznych, gdzie kluczowe jest utrzymanie stabilnego napięcia. Wybierając diody Zenera o odpowiednich potencjałach przebicia, projektanci mogą zapewnić niezawodną pracę i ochronę przed skokami lub wahaniami napięcia.
Chociaż diody Zenera są zaprojektowane tak, aby wytrzymywać i działać w obszarze awarii, mogą potencjalnie ulec awarii w ekstremalnych warunkach. Nadmierny prąd płynący przez diodę podczas awarii, długotrwałe narażenie na wysokie temperatury lub przekroczenie maksymalnego napięcia znamionowego może prowadzić do trwałego uszkodzenia lub awarii diody Zenera. Aby zapobiec awariom diody Zenera, ważne jest przestrzeganie specyfikacji producenta dotyczących maksymalnego prądu, strat mocy i temperatur znamionowych. Ponadto włączenie do projektów obwodów odpowiednich rezystorów odprowadzających ciepło i ograniczających prąd może zwiększyć niezawodność i trwałość diod Zenera w zastosowaniach wymagających regulacji napięcia i tłumienia stanów przejściowych.
Zjawisko przebicia diody, w tym przebicie Zenera, występuje, gdy napięcie polaryzacji zaporowej przyłożone do diody przekracza wartość krytyczną zwaną napięciem przebicia. W przypadku diod Zenera przebicie następuje na skutek jonizacji uderzeniowej w obszarze zubożenia złącza diodowego. W warunkach polaryzacji odwrotnej płynie niewielki prąd upływowy ze względu na nośniki mniejszościowe. Kiedy napięcie polaryzacji zaporowej osiąga próg napięcia Zenera, pole elektryczne w obszarze zubożenia staje się wystarczająco silne, aby zjonizować atomy, tworząc pary elektron-dziura. Ten proces jonizacji prowadzi do szybkiego wzrostu prądu płynącego przez diodę, umożliwiając jej silne przewodzenie w odwrotnym kierunku przy zachowaniu regulacji napięcia. Zjawisko przebicia ma fundamentalne znaczenie dla działania diod Zenera w obwodach regulacji napięcia, urządzeniach przeciwprzepięciowych i innych zastosowaniach wymagających precyzyjnej kontroli poziomów napięcia i tłumienia stanów przejściowych.
