隧穿二極管是1958年由日本的l．esaki提出的，也叫f江崎二極管”。隧穿二極管是pn結二極管的一種特殊形式，其半導體材料的載流子摻雜濃度為每立方厘米10(19)或1020個原子，這是普通的pn結二極管的1o～1000倍。由耗盡區形成的勢壘特別薄，為3～100a，或10cm。隧穿二極管的工作原理基于量子力學的隧穿效應，它是一種多數載流子的現象。一般而言，反向偏置時，pn結器件的電子沒有足夠的能量來穿越由耗盡區所產生的勢壘。這種情況稱為電子被陷在“勢阱”中。因此，在這種情況下，理論上電流為零。但是如果載流子足夠多，耗盡區足夠薄，就會發生隧穿效應。電子會在勢壘的一端（也就是，勢阱里面）消失而出現在另一端，這樣就形成了電流。換句話說，電子就像從監獄的隧道逃出去的罪犯一樣穿過勢壘。

　　這里我們不多解釋隧穿效應，因為實際上理論物理學家也無法解釋清楚這個現象。“隧穿”的解釋只是對在經典世界沒有與之對應的事情的一個量子效應的比喻罷了。電子并不是真的穿越了勢壘，不過是它在這里消失，又在另一端出現。盡管一個理性的人對這種解釋可能不滿意，但是我們必須明白“隧穿”僅僅是我們為了理解的方便而構造的一個東西，除非人們對量子世界的認識更進一步。我們唯一能確定的是當滿足一定條件的時候，隧穿效應就會發生。

　　下面是隧穿效應發生的三個基本條件：

　　（1）半導體材料的摻雜濃度要很高，以保證有大量的多數載流子；

　　（2）耗盡區的厚度要很薄（3～100a）；

　　（3）勢壘兩端必須有一個滿能量的狀態和一個同樣能級的空狀態，這樣才可以使隧道載流子從勢壘的一端穿越到另一端。

　　圖給出了隧道二極管的電流一電壓特性曲線。我們可以看出這條曲線和一般的電流一電壓曲線不同。一般來說，對于遵循歐姆定律的材料，隨著電壓的增加電流也增加，電壓減小電流也減小。這樣的特性代表的是正電阻（＋r），一般的半導體都表現出這樣的特性。但在隧穿二極管中存在一個負電阻的區域（圖中的nrz），在這個區域內，電壓增加時電流卻在減小。

　　從圖中a、b、c點可以看出，根據所加電壓的不同，隧穿二極管可以用于單穩態電路（a和c），雙穩態電路（角蟲發器，從a c點或者從c—a點），非穩態電路（b，振蕩）。這給出了隧穿二極管的幾種典型應用：開關電路、振蕩器和放大器。隧穿二極管具有負阻特性（—r），使它可以用于弛豫振蕩電路中。但是隧穿二極管的輸出功率等級很低，一般在幾毫瓦以下。這是由于隧穿二極管所加的直流電壓必須限制在能帶間隙電壓以下的緣故。

　　圖 隧道二極管特性曲線

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