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
隧穿二极管，又称Esaki二极管或江崎二极管，是电子元器件领域的一个重要概念，尤其在微电子学和量子电子学中占据着独特地位。该器件由日本科学家L. Esaki于1958年提出，它是PN结二极管的一种特殊类型，具有极高的载流子掺杂浓度，大约每立方厘米10^19或10^20个原子，远高于普通PN结二极管。
隧穿二极管的核心工作原理基于量子力学的隧穿效应，这是一种多数载流子的现象。在反向偏置状态下，常规的PN结二极管由于耗尽区形成的势垒阻止电子穿越，导致电流几乎为零。然而，在隧穿二极管中，由于耗尽区的势垒非常薄（3至100埃，或10^-8厘米），当载流子数量足够大时，电子有概率通过隧穿效应从势垒的一端“消失”，并在另一端重新出现，从而形成电流。这一过程形象地比喻为电子通过隧道从势阱中逃脱。
隧穿效应的发生并非直观可理解，它涉及到量子世界的奇异性质。在量子力学中，隧穿是指粒子在经典物理学认为无法穿越的能垒中仍有概率穿透的现象。实现隧穿效应需要满足三个基本条件：
1. 半导体材料的掺杂浓度高，确保大量多数载流子的存在。
2. 耗尽区的厚度极薄，有利于隧穿效应的发生。
3. 势垒两端需存在相同能级的满状态和空状态，使得电子可以从一个状态隧穿到另一个状态。
隧穿二极管的电流-电压特性曲线与众不同，展现出负阻特性（NRZ区域）。在这一区域内，随着电压的增加，电流反而减小，与欧姆定律的正电阻行为相反。这一特性使得隧穿二极管在电路设计中有独特的应用，例如在单稳态、双稳态和非稳态电路中，可作为开关、振荡器和放大器的组成部分。然而，由于输出功率通常较低，通常在几毫瓦以下，隧穿二极管的应用受到限制，这主要是由于其工作电压需低于能带间隙电压。
隧穿二极管是利用量子力学隧穿效应工作的特殊二极管，其高掺杂浓度和薄势垒特性使其在电子设备中发挥着特定作用。虽然其物理机制复杂，但其在微电子和量子电子技术中的应用展示了量子效应在实际工程中的重要价值。
