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  所有的隧道二極體(Tunnel diode)都是利用量子穿隧效應工作的。它們大多具有負阻的電流電壓特性,用於高速電子器件,因為隧穿薄層的時間很短,比如振盪器。最高工作頻率可達THz.  諧振隧穿二極體可以使用多種材料製造(比如III-V族,IV族或II-IV族半導體)和多種不同諧振隧穿結構(比如重摻雜PN接面,雙勢壘,三勢壘,勢阱)。  其中一種由兩層薄層中間的單個勢阱構成,稱為雙勢壘結構。載流子在勢阱中間只能有分立的電子能級。當諧振隧穿二極體兩邊加偏壓的時候,隨著第一能級接近費米能級,電流逐漸增加。當第一能級低於並遠離費米能級的時候,電流開始下降,出現負阻特性。當第二能級下降接近費米能級的時候,電流再次增加。該結果如下圖所示,該圖使用NanoHUB得到。  該結構可以使用分子束外延生長,常見材料組合有GaAs/AlAs和InAlAs/InGaAs。

  取決於材料和有多少個勢壘,束縛能級的數量可能有一個或多個,當束縛能級較多時,下述過程可能會重複。

  在低偏壓時,當第一束縛能級(能量最低的那一個)靠近費米能級時,通過該束縛能級的電流增加,從而總電流增加。

  隨著偏壓進一步增加,第一束縛能級已經低於費米能級。偏壓繼續增加時該能級對應的能量已接近發射極(源極)的禁帶,因此該能級傳導的電流減小,總電流減小。

  隨著偏壓進一步增加,第二束縛能級也靠近費米能級,其傳導的電流也開始增加,導致總電流再次增加。
諧振隧穿二極體(Resonant tunneling diode, RTD)是利用電子在某些能級能夠諧振隧穿而導通的二極體。其電流電壓特性常顯示出負阻特性。