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title: "Esaki 隧道二极管：电压升高，电流为何反降"
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last_modified: "2026-10-23"
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[控制电流与光的材料](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/#devices)

材料 · 测量 · 解释

# Esaki 隧道二极管：电压升高，电流为何反降

重掺杂结的电流曲线为什么会出现下降的一段？

Sandbox Physics · 2026-10-23

诺奖贡献：1973-1

1. 制成窄的简并结
2. 扫描正向偏压
3. 记录电流峰与谷
4. 比较占据态与空态

电流下降既与势垒透射有关，也与结两侧可参与的能态有关。

## 重掺杂让隧穿变得可测

Esaki 在 1957 年开展、1958 年发表的锗结工作采用重掺杂。耗尽层变窄，载流子占据进入简并范围，隧穿便能与普通二极管导电竞争。

正向偏压升高时，电流先升后降。可重复的负微分电阻，是需要理论解释的实际观测。

来源：[1]

## 电流并不只由透射率决定

电子需要已占据的起点，也需要能量合适的空终态。偏压会改变两边的重叠；越过峰值后，可参与的能态变少，电压更高，电流反而更小。

来源：[1]

## 谷底还有别的导电过程

更大正偏下，普通扩散电流逐渐增大。声子辅助与缺陷相关过程也会抬高谷底，因此峰谷比随温度和结质量变化。器件仍需要偏置电源供能。

来源：[1]

## 势垒 Lab 解释其中一个环节

势垒透射计算解释薄势垒为何能放过电子，却没有简并半导体的两侧载流子库，不能单独给出完整隧道二极管曲线。Esaki 与 Giaever 同属 1973 年一个授奖分项，研究的电子系统却不同。

来源：[1] [2] [3]

接着探索物理

## 动手试相关模型

### [势垒透射](https://sandboxphysics.com/zh/labs/quantum-tunneling/)

改变势垒宽度和入射能量，比较透射。

单粒子势垒没有半导体占据或超导态密度。

### [晶体管输出曲线](https://sandboxphysics.com/zh/labs/transistor-output-characteristics/)

改变基极注入，测集电极电流。

教学模型采用结型晶体管，与原始点接触器件不同。

## 来源与阅读说明

1. [Esaki: Long journey into tunneling (1973)](https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/esaki-lecture.pdf)

   简并结、负微分电阻，以及隧穿谱所含的信息。

2. [Giaever: Electron tunneling and superconductivity (1973)](https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/giaever-lecture.pdf)

   金属—绝缘层—超导体结探测激发能隙；温度和结质量都影响结果。

3. [Nobel Prize in Physics 1973: official award](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1973/summary/)

   核对获奖归属与年份。原始观测或理论论文往往早得多。

[凝聚态：从材料读到证据](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/) [热电子发射：热表面怎样给电流设上限](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/thermionic-emission/) [第一只晶体管：小输入怎样控制大电流](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/transistor-point-contact/) [异质结构：界面怎样变成器件的控制手段](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/semiconductor-heterostructures/) [集成电路：把一个电路做进同一块材料](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/integrated-circuit/) [巨磁阻：磁化方向怎样改变电阻](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/giant-magnetoresistance/) [CCD 成像：先搬运电荷，再读出信号](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/ccd-charge-transfer/) [石墨烯：薄片怎样成为可测的电子系统](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/graphene-field-effect/) [蓝 LED：宽带隙只是起点](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/blue-led/)