隧穿二极管是1958年由日本的l．esaki提出的，也叫f江崎二极管”。隧穿二极管是pn结二极管的一种特殊形式，其半导体材料的载流子掺杂浓度为每立方厘米10(19)或1020个原子，这是普通的pn结二极管的1o～1000倍。由耗尽区形成的势垒特别薄，为3～100a，或10cm。隧穿二极管的工作原理基于量子力学的隧穿效应，它是一种多数载流子的现象。一般而言，反向偏置时，pn结器件的电子没有足够的能量来穿越由耗尽区所产生的势垒。这种情况称为电子被陷在“势阱”中。因此，在这种情况下，理论上电流为零。但是如果载流子足够多，耗尽区足够薄，就会发生隧穿效应。电子会在势垒的一端（也就是，势阱里面）消失而出现在另一端，这样就形成了电流。换句话说，电子就像从监狱的隧道逃出去的罪犯一样穿过势垒。

　　这里我们不多解释隧穿效应，因为实际上理论物理学家也无法解释清楚这个现象。“隧穿”的解释只是对在经典世界没有与之对应的事情的一个量子效应的比喻罢了。电子并不是真的穿越了势垒，不过是它在这里消失，又在另一端出现。尽管一个理性的人对这种解释可能不满意，但是我们必须明白“隧穿”仅仅是我们为了理解的方便而构造的一个东西，除非人们对量子世界的认识更进一步。我们唯一能确定的是当满足一定条件的时候，隧穿效应就会发生。

　　下面是隧穿效应发生的三个基本条件：

　　（1）半导体材料的掺杂浓度要很高，以保证有大量的多数载流子；

　　（2）耗尽区的厚度要很薄（3～100a）；

　　（3）势垒两端必须有一个满能量的状态和一个同样能级的空状态，这样才可以使隧道载流子从势垒的一端穿越到另一端。

　　图给出了隧道二极管的电流一电压特性曲线。我们可以看出这条曲线和一般的电流一电压曲线不同。一般来说，对于遵循欧姆定律的材料，随着电压的增加电流也增加，电压减小电流也减小。这样的特性代表的是正电阻（＋r），一般的半导体都表现出这样的特性。但在隧穿二极管中存在一个负电阻的区域（图中的nrz），在这个区域内，电压增加时电流却在减小。

　　从图中a、b、c点可以看出，根据所加电压的不同，隧穿二极管可以用于单稳态电路（a和c），双稳态电路（角虫发器，从a c点或者从c—a点），非稳态电路（b，振荡）。这给出了隧穿二极管的几种典型应用：开关电路、振荡器和放大器。隧穿二极管具有负阻特性（—r），使它可以用于弛豫振荡电路中。但是隧穿二极管的输出功率等级很低，一般在几毫瓦以下。这是由于隧穿二极管所加的直流电压必须限制在能带间隙电压以下的缘故。

　　图 隧道二极管特性曲线

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