Туннельные диоды – это диоды, у которых за счет туннельного эффекта на прямой ветви вольтамперной характеристики существует область с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
В туннельных диодах, в отличие от выпрямительных, 
и 
области высоколегированные. В результате толщина 
перехода уменьшается до 
м, т. е. становится на два порядка меньше, чем в обычных выпрямительных диодах. При столь малой толщине 
-перехода резко возрастает его прозрачность для туннелирующих электронов. Большая концентрация примесей в и областях туннельного диода приводит к расщеплению примесных уровней. В результате образуются примесные зоны 1 и 2 (рис. 1.22), которые сливаются с зоной проводимости в
полупроводнике и с валентной зоной в полупроводнике; и области становятся вырожденными.
Рис. 1.22
Если на туннельный диод подать небольшое прямое смещение 
, то электроны из области будут туннелировать в область. С повышением прямого смещения прямой туннельный ток будет возрастать до 
и станет наибольшим при 
. Дальнейшее повышение прямого смещения приводит к снижению туннельного тока до нуля. При этом прямой ток не уменьшится до нуля, так как с повышением прямого смещения начинают возрастать диффузионные потоки 
и 
электронов и дырок через переход, как в обычном диоде.
При обратном смещении электроны туннелируют из валентной зоны полупроводника, где их концентрация велика, на свободные уровни зоны проводимости полупроводника. При этом обратный туннельный ток резко возрастает с напряжением и обратная ветвь ВАХ идет круто вниз, т. е. туннельный диод, в отличие от выпрямительного, обладает высокой проводимостью при обратном включении. Кроме того, туннельный диод в некотором диапазоне прямых напряжений обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Это является самым интересным свойством туннельного диода, так как всякий прибор с отрицательным дифференциальным сопротивлением может быть использован для генерации и усиления электромагнитных колебаний, а также коммутации сигналов в переключающих схемах.
Туннельные диоды характеризуются рядом специфических параметров (рис. 1.22):
пиковым током 
;
током впадины 
;
отношением токов 
;
напряжением пика 
;
напряжением впадины 
;
напряжением раствора 
.
Различают усилительные, генераторные, переключательные туннельные диоды. Усилительные диоды применяют в усилителях и гетеродинах приемных устройств, в схемах детекторов и смесителей диапазона СВЧ. Генераторные диоды используются в основном для построения СВЧ-генераторов в диапазоне волн 1–10 см, но они могут работать в быстродействующих импульсных и переключательных схемах. Переключательные диоды нужны для построения специализированных вычислительных устройств, импульсных устройств наносекундного диапазона.