Tunneldioden / Esaki-Dioden

Querschnitt durch die Tunneldiode/Esaki-Diode
Die Tunneldiode ist eine Erfindung des Japaners Esaki. Daher der Name Esaki-Diode oder Tunneldiode wegen dem Tunnel-Effekt.
Die Tunneldiode hat ein hochdotiertes n-leitendes Germanium-Plättchen in das eine ebenfalls hochdotierte Indium-Pille einlegiert ist.
Wegen der hohen Dotierung wirkt die Sperrschicht nicht. Die Sperrschicht wird durch die Elektronen mit hoher Geschwindigkeit durchtunnelt. Die Elektronen durchfliegen nahezu mit Lichtgeschwindigkeit diesen Tunnel. Schon bei einer kleinen Durchlassspannung fließt ein Strom, obwohl die Sperrschicht noch nicht abgebaut ist.

Strom-Spannungskennlinie der Tunneldiode

Strom-Spannungskennlinie der Tunneldiode/Esaki-Diode
Im Gegensatz zu anderen Dioden hat die Tunneldiode keine Sperrwirkung.
Wird die Spannung an einer Tunneldiode erhöht, steigt zunächst der Strom (bis U₁ / I₁). Bei weiterer Spannungserhöhung fällt der Stromwert wieder ab (ab U₁ / I₁). Die Tunneldiode wirkt in diesem Bereich wie ein negativer Widerstand. Bei steigender Spannung wird der Strom kleiner (zwischen U₁ / I₁ und U₂ / I₂).
Wird die Spannung weiter erhöht, steigt auch der Strom weiter an (ab U₂ / I₂).
Ist eine Tunneldiode in Sperrrichtung geschaltet, zeigt sie nahezu keine Sperrwirkung. Schon bei kleinen Spannungen fließen hohe Ströme. Da die Sperrschicht sehr dünn ist tritt der Zenerdurchbruchzustand schon bei kleinen Spannungen auf.

Anwendungen

Der negative Widerstand der Tunneldiode regt LC-Schwingkreise zum Schwingen an. Mit diesem aktiven Bauelement können Verstärker und Oszillatoren aufgebaut werden. Diese Schaltungen eignen sich bis in den Gigahertzbereich.