隧道二极管为双端子
有源器件粒子通过一个势能大于总能量的有限区域。这是一种量子力学现象， 按照经典力学是不可能出现的。隧道二极管可以被应用于低噪声
高频放大器及高频振荡器中（其工作频率可达毫米波段），也可以被应用于高速开关电路中。
基于
重掺杂PN结隧道效应而制成的半导体两端器件。隧道效应是1958年日本
江崎玲於奈在研究中掺杂锗PN结时发现的，故隧道二极管又称
江崎二极管。这一发现揭示了固体中电子隧道效应的物理原理，江崎为此而获得
诺贝尔奖金物理学奖。隧道二极管通常是在重掺杂 N型（或 P型）的半导体片上用快速合金工艺形成高掺杂的PN结而制成的；其掺杂浓度必须使PN结能带图中费米能级进入N型区的
导带和P型区的
价带；PN结的厚度还必须足够薄（150埃左右），使电子能够直接从N型层穿透
PN结势垒进入P型层。这样的结又称隧道结。
隧道二极管PN结两侧均为掺杂浓度高达的
简并半导体。二极管的伏安特性曲线如图1所示，利用简并半导体PN结的能带图可定性说明隧道二极管的特性。
由于PN结两侧高掺杂，费米能级都进入各自能带中，平衡时具有统一费米能级，则隧道二极管PN结的势垒区能带倾斜比普通PN结更为严重，势垒区厚度较薄，平衡时能带如图2（a）所示，由于费米能级以上为空态，费米能级以下状态都被电子填满，则此时没有隧道电流。只有在外加电压作用下，P区和N区的费米能级发生移动，载流子发生运动才有可能形成电流。
图2（b）为PN结反偏时能带图。反偏使P区费米能级相对N区费米能级向上移动，使P区以下一部分电子态与N区以上部分空态处于相同能量水平，则有P区的电子通过势垒“隧道”穿越到N区，形成反向隧道电流。对应于图1中1点。
图2（c）~（g）为PN结正向偏置时的能带图。随着正向偏压增加，相对于向上移动，对应于图2（c），以下部分电子与以上部分空态处于相同能量，则有N区电子穿过隧道到达P区形成正向隧道电流，对应于图1中2点。正向偏压增加，相对于向上移动，N区导带电子态与P区价带空态重叠更多，正向隧道电流增大，当能带重叠最多时，穿过隧道的载流子数达到摄大，正向隧道电流达到极大值，对应于图2（d）和图1中3点。正向电压进一步增加，相对，更往上移，但N区电子态与P区空态重叠部分逐渐减小，穿过隧道的N区电子数减小，正向隧道电流减小，对应图2（e）和图1中4点。当正向偏压增加使向上移到N区的电子态与P区空态不发生重叠时，正向隧道电流降到最小值，对应图2（f）和图1中5点。当正向电压进一步增大时，则出现正常的PN结注入电流，其随外加电压指数增加，对应于图2（g）和图1中6点。
可见隧道二极管
伏安特性曲线有两个正斜率区和一个负斜率区。从3点到5点范围，随正向电压增加，电流减小，出现负阻特性。在一定的电流范围内，电压是电流的多值函数。
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（图4）。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（这时应适当减轻掺杂，制成
反向二极管），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。
研究不同半导体材料制成的隧道二极管的基本特性，还能深入了解半导体中的
能带结构和一些与量子力学有关的物理问题。