ЛАВИННО- ПРОЛЬОТНІ ДІОДИ
Для підсилення та генерації електричних коливань в діапазоні надвисоких частот застосовують лавинно–прольотні діоди (ЛПД). Ці діоди працюють в режимі електричного пробою при постійній зворотній напрузі і при певних умовах мають ділянки з від’ємним опором для змінного струму. Такий від’ємний опір отримується тільки при роботі на надвисоких частотах (НВЧ).
Нехай до ЛПД прикладена постійна зворотна напруга і деяка змінна. Під дією додатної півхвилі зворотної напруги в режимі пробою відбувається лавиноподібне наростання струму. Внаслідок інерційності процесів, які протікають в напівпровідниках, цей струм досягає максимального значення з деяким запізненням по відношенню до додатної півхвилі сигналу, яка викликала зростання струму. Під дією постійної напруги лавина продовжує рухатися і протягом наступного, від’ємного періоду напруги. Таким чином імпульс струму який відповідає „лавині” протилежний за знаком від’ємній півхвилі змінної напруги. Отже, для змінного струму виникає від’ємний опір. Під’єднуючи ЛПД до коливної системи , можна за рахунок від’ємного електричного опору отримати режим генерації коливань або підсилення. На більш низьких частотах інерційність процесів впливає мало і запізнення імпульсу струму по відношенню до змінної напруги також незначне, тому від’ємний диференціальний опір практично відсутній.
В генераторах ЛПД під’єднуються до об’ємного резонатора. Такі генератори можуть віддавати в неперервному режимі корисну потужність одиниці ват при коефіцієнті корисної дії (ККД) біля 10%, а в імпульсному режимі – потужність сотні ват і ККД десятки відсотків. Можливе також незначне (на десяті частки відсотка) електричне переналагодження частоти шляхом зміни постійної напруги, але значно ширший діапазон частот (десятки відсотків) досягається за рахунок зміни власної частоти резонатора. При застосуванні ЛПД для підсилення електричних сигналів необхідно пам’ятати про такий їх недолік, як відносно великий рівень власних шумів.
ДІОДИ ГАННА
Ще одним представником напівпровідникових приладів з від’ємним диференціальним опором, які працюють на надвисоких частотах є діоди Ганна, які основані на ефекті, що відкрив американський фізик Дж. Ганн в 1963 р. Ефект Ганна полягає в тому, що при достатньо великій напрузі, яка прикладається до напівпровідника, в ньому виникають НВЧ коливання. Діоди Ганна складається з напівпровідникового матеріалу без переходу, в якому створене сильне електричне поле. Діод має два електроди: анод і катод. Для побудови діода застосовується напівпровідник з двома зонами провідності, наприклад арсенід галію. В цих зонах провідності електрони мають різну рухливість. В зоні, яка розташована вище і відповідає більш високим рівням енергії, рухливість електронів є менша.
При відсутності зовнішнього електричного поля або при порівняно слабому його рівні електрони знаходяться в нижній частині зони провідності, де вони мають більш високу рухливість і тому напівпровідник має порівняно високу електропровідність. При збільшенні напруги, яка прикладена до діода, струм спочатку зростає у відповідності із законом Ома, але при певній напрузі, коли напруженість електричного поля досягає достатньо високого рівня, більша частина електронів переходить у верхню зону провідності і в наслідок зменшення їх рухливості в цій зоні електричний опір напівпровідника різко зростає. Струм через діод зменшується і на вольт-амперній характеристиці виникає падаюча ділянка з від’ємним диференціальним опором. Подальше збільшення прикладеної напруги знову викликає приблизно пропорційне зростання струму.

Рис. Вольт-амперна характеристика діода Ганна
Внаслідок неоднорідності матеріалу напівпровідника під дією сильного електричного поля електричний опір напівпровідника підвищується в даний момент часу не в усьому об’ємі напівпровідника, а лише тільки в певній його частині. Область такого підвищеного опору і більш сильного електричного поля називають доменом. (рис. ). Домен переважно утворюється біля катода і не залишається на одному місці, а рухається з великою швидкістю до анода. В самому домені швидкість руху електронів менша, ніж в інших ділянках напівпровідника, а густина об’ємного заряду збільшена. В домені зосереджене біль сильне електричне поле, а в інших частинах напівпровідника електричне поле слабше, а швидкість руху електронів вища. Тому справа від домену електрони рухаються швидше до анода і виникає область збіднена електронами. Зліва від домену, навпаки, до нього швидше приходять нові електрони. Цей процес зумовлює переміщення доменів від катода до анода.

Рис. Структура діода Ганна
Доходячи до анода, домен зникає, але коло катода знову виникає новий домен, який рухається до анода. Зникнення доменів і виникнення нових супроводжується періодичною зміною електричного опору діода Ганна, внаслідок чого виникають коливання струму діода, частота яких завдяки малого шляху руху домену лежить в діапазоні НВЧ і визначається вразом

де vдом – швидкість руху домену, яка для арсеніду галію складає 10 см/c; L – довжина напівпровідника (переважно для діодів Ганна складає одиниці мікрометра ).
Використовуючи цей вираз можна отримати частоту коливань, яка, наприклад, для арсеніду галію при L=10 мкм, буде складати
Важлива особливість діодів Ганна полягає в тому, що працює весь напівпровідник, тому вони можуть розсіювати відносно велику потужність. Діоди Ганна в наш час генерують в неперервному режимі коливання потужністю, яка досягає десятків ват, а в імпульсному режимі - одиниці кіловат при коефіцієнті корисної дії від одиниць до десятків відсотків. За теоретичними розрахунками вважається, що можна створити діоди Ганна, які працюють в імпульсному режимі на потужності до сотень кіловат на частотах у десятки гігагерц.