Eine Tunneldiode ist ein elektronisches Hochleistungsbauteil, das in elektronischen Hochgeschwindigkeitsschaltungen verwendet wird. Es wird als eine spezielle Form von Halbleitern verwendet. Die Tunneldiode, nach ihrem Erfinder auch Esaki-Diode genannt, nutzt die Quantenmechanik, um eine extrem schnell arbeitende Diode herzustellen.
1957 entwarf der Physiker Leo Esaki, der für das heutige Unternehmen Sony arbeitet, die erste fühlbare Tunneldiode, nachdem er festgestellt hatte, dass das Erzwingen eines Tunneleffekts auf Elektronen eine viel schnellere Verarbeitung des durch die Diode gesendeten Signals bewirkte. 1973 erhielt er gemeinsam mit Brian Josephson den Nobelpreis für Physik aufgrund ihrer Entdeckung und ihres Designs. Nach der Implementierung von Tunneldioden für eine Vielzahl von elektronischen Geräten, die die Sony Corporation herstellte, breitete sich die Verwendung von Tunneldioden schnell auf andere Hersteller aus und viele entwickelten ihre eigenen Tunneldioden-Designs basierend auf dem von Esaki erstellten.
Tunneldioden sind beliebt, weil sie mit Geschwindigkeiten relativ zum Bereich von Mikrowellenfrequenzen arbeiten können. Ihr Design und die verwendeten Materialien ermöglichen es ihnen, mit einer so hohen Geschwindigkeit zu arbeiten. Dieses Attribut ermöglicht es der Tunneldiode, ein brauchbarer Bestandteil vieler verschiedener elektronischer Geräte zu werden, und die Tunneldiode wurde seit ihrer Einführung von einer Reihe von Elektronikherstellern verwendet.
Der Grund, warum diese Dioden in der Lage sind, so schnell wie sie zu arbeiten und die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erreichen, zu der sie in der Lage sind, liegt in der Ausrichtung der Leitungs- und Valanzelektronenbänder innerhalb einer unterbrochenen Bandlücke. Diese Ausrichtung führt dazu, dass die Schaltung, mit der die Diode implementiert ist, das Eingangssignal wesentlich schneller verarbeiten kann. Dadurch kann die Tunneldiode in Verstärkern und Signalprozessoren sowie in Frequenzumrichtern und Oszillatoren eingesetzt werden.
Das Material, aus dem die Diode besteht, trägt ebenfalls zur Geschwindigkeit bei, mit der sie funktionieren kann. Die Diode selbst kann ausschließlich aus Germanium hergestellt werden, einem leichten und ultraleitfähigen Material. Dies ist das Material, das hauptsächlich verwendet wurde, als diese Arten von Dioden zum ersten Mal populär wurden.
Spätere Modelle der Dioden wurden aus anderen leitfähigen Materialien hergestellt. Beispiele umfassen Galliumarsenid sowie Materialien auf Siliziumbasis. Die Verwendung unterschiedlicher Materialien hat je nach Verwendung der Diode die Funktionsgeschwindigkeit der Tunneldiode entweder erhöht oder verringert.