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与标准二极管相比，隧道二极管通过使用具有令人难以置信的大掺杂水平的半导体物质来工作，导致p-n结之间的耗尽层变得比最快的硅二极管窄约1000倍。

一旦隧道二极管正向偏置，整个p-n结开始发生称为电子流“隧穿”的过程。　

在测试隧道二极管的正向电压UF和电流IF之间的关系时，我们可以发现该装置在峰值电压Up和谷值电压Uv之间具有负电阻特性。

隧道二极管的主要特点是它的正向电流－电压特性具有负阻。这种负阻是基于电子的量子力学隧道效应，所以隧道二极管开关速度达皮秒量级，工作频率高达100吉赫。隧道二极管还具有小功耗和低噪声等特点。隧道二极管可用于微波混频、检波、低噪声放大、振荡等。由于功耗小，所以适用于卫星微波设备。还可用于超高速开关逻辑电路、触发器和存储电路等。