ไดโอด IMPATT ( impact ionization avalanche transit-time diode) เป็น ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ กำลังสูงชนิดหนึ่ง ที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไมโครเวฟความถี่สูงมีความต้านทานเป็นลบและใช้เป็นออสซิลเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์ที่ความถี่ไมโครเวฟ ทำงานที่ความถี่ประมาณ 3 ถึง 100 GHz หรือสูงกว่านั้น ข้อดีหลักคือความสามารถในการผลิตกำลังสูง ไดโอด IMPATT ตัวเดียวสามารถผลิตเอาต์พุตไมโครเวฟต่อเนื่องได้ถึง 3 กิโลวัตต์ และเอาต์พุตแบบพัลส์ที่มีกำลังสูงกว่ามาก ไดโอดเหล่านี้ใช้ในงานหลากหลาย ตั้งแต่ ระบบ เรดาร์ กำลังต่ำ ไปจนถึงสัญญาณเตือนภัยระยะใกล้ ข้อเสียที่สำคัญของไดโอด IMPATT คือระดับสัญญาณรบกวนเฟส สูง ที่เกิดขึ้น ซึ่งเป็นผลมาจากลักษณะทางสถิติของกระบวนการอะวาแลนซ์

ตระกูลไดโอด IMPATT ประกอบด้วยรอยต่อและอุปกรณ์โลหะ-สารกึ่งตัวนำ ที่แตกต่างกันมากมาย การสั่นของ IMPATT ครั้งแรกได้มาจากการใช้ไดโอดซิลิคอนp–n แบบง่ายๆ ที่ถูกไบแอสให้เกิดการแตกตัวแบบย้อนกลับ (reverse avalanche break down) และติดตั้งในโพรงไมโครเวฟเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การแตกตัวเป็นไอออนขึ้นอยู่กับสนามไฟฟ้าอย่างมาก คู่ของอิเล็กตรอน-โฮลส่วนใหญ่จึงถูกสร้างขึ้นในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้าสูง อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจะเคลื่อนที่ไปยังบริเวณ N ทันที ในขณะที่โฮลที่เกิดขึ้นจะเคลื่อนที่ผ่านบริเวณ P เวลาที่โฮลใช้ในการไปถึงหน้าสัมผัสเรียกว่าเวลาหน่วงในการเคลื่อนที่ (transit time delay)

ข้อเสนอเดิมสำหรับอุปกรณ์ไมโครเวฟประเภท IMPATT นั้นทำโดย Read ไดโอดของ Read ประกอบด้วยสองส่วน (1) ส่วนที่เกิดการแตกตัวแบบอะวาแลนซ์ (ส่วนที่มีการเจือปนค่อนข้าง สูง และสนามสูง) ซึ่งเกิดการคูณแบบอะวาแลนซ์ และ (2) ส่วนที่เกิดการเคลื่อนตัวแบบดริฟต์ (ส่วนที่มีการเจือปนโดยพื้นฐานและสนามคงที่) ซึ่งรูที่เกิดขึ้นจะเคลื่อนตัวไปทางหน้าสัมผัส สามารถสร้างอุปกรณ์ที่คล้ายกันได้โดยใช้การกำหนดค่าที่อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจากการคูณแบบอะวาแลนซ์เคลื่อนตัวผ่านส่วนที่มีการเจือปนโดยพื้นฐาน

โดยทั่วไปแล้ว ไดโอด IMPATT จะถูกติดตั้งในแพ็คเกจสำหรับไมโครเวฟ โดยจะติดตั้งบริเวณสนามแม่เหล็กต่ำให้ใกล้กับแผ่นระบายความร้อน ซิลิคอน เพื่อให้ความร้อนที่เกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อของไดโอดสามารถระบายออกได้ง่าย แพ็คเกจไมโครเวฟที่คล้ายกันนี้ยังใช้สำหรับบรรจุอุปกรณ์ไมโครเวฟอื่นๆ ด้วย

ไดโอด IMPATT ทำงานในช่วงความถี่แคบ และขนาดภายในของไดโอดต้องสัมพันธ์กับความถี่ในการทำงานที่ต้องการ ออสซิลเลเตอร์ IMPATT สามารถปรับจูนได้โดยการปรับความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรที่ต่อพ่วงกัน และโดยการเปลี่ยนแปลงกระแสในไดโอด ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการมอดูเลชั่นความถี่ได้

หากอิเล็กตรอนอิสระที่มีพลังงานมากพอพุ่งชนอะตอมของซิลิคอน มันสามารถทำลายพันธะโควาเลนต์ของซิลิคอนและปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกจากพันธะโควาเลนต์ได้ หากอิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยออกมาได้รับพลังงานจากการอยู่ในสนามไฟฟ้าและปลดปล่อยอิเล็กตรอนอื่นๆ จากพันธะโควาเลนต์อื่นๆ กระบวนการนี้สามารถลุกลามอย่างรวดเร็วกลายเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ ทำให้เกิดอิเล็กตรอนจำนวนมากและกระแสไฟฟ้าไหลปริมาณมาก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การแตกตัวแบบลูกโซ่ (avalanche breakdown)

เมื่อเกิดการชำรุดเสียหาย บริเวณ n– จะถูกทะลุและก่อตัวเป็นบริเวณการเกิดกระแสไหลวนของไดโอด บริเวณที่มีความต้านทานสูงคือโซนดริฟต์ ซึ่งอิเล็กตรอนที่เกิดจากกระแสไหลวนจะเคลื่อนที่ไปยัง ขั้วบวก

พิจารณาแรงดันไบแอสกระแสตรง V _Bที่ต่ำกว่าระดับที่ทำให้เกิดการพังทลายเล็กน้อย ต่อเข้ากับไดโอด ให้แรงดันกระแสสลับที่มีขนาดใหญ่พอสมควรซ้อนทับบนแรงดันไบแอสกระแสตรง เพื่อให้ในช่วงรอบบวกของแรงดันกระแสสลับ ไดโอดจะถูกขับเข้าไปสู่การพังทลายแบบลูกโซ่ ที่ t=0 แรงดันกระแสสลับเป็นศูนย์ และมีกระแสไหลผ่านไดโอดเพียงเล็กน้อยก่อนการพังทลาย เมื่อ t เพิ่มขึ้น แรงดันจะสูงกว่าแรงดันพังทลายและคู่อิเล็กตรอน-โฮลทุติยภูมิจะถูกสร้างขึ้นโดยการแตกตัวเป็นไอออนจากการชน ตราบใดที่สนามในบริเวณลูกโซ่ยังคงอยู่เหนือสนามพังทลาย ความเข้มข้นของอิเล็กตรอน-โฮลจะเพิ่มขึ้นแบบเอกซ์โปเนนเชียลตาม t ในทำนองเดียวกัน ความเข้มข้นนี้จะลดลงแบบเอกซ์โปเนนเชียลตามเวลาเมื่อสนามลดลงต่ำกว่าแรงดันพังทลายในช่วงการแกว่งลงของแรงดันกระแสสลับ โฮลที่เกิดขึ้นในบริเวณลูกโซ่จะหายไปในบริเวณ p+ และถูกรวบรวมโดยแคโทด อิเล็กตรอนจะถูกฉีดเข้าไปในโซน i – ซึ่งพวกมันจะเคลื่อนที่ไปยังบริเวณ n+ จากนั้น สนามไฟฟ้าในบริเวณที่เกิดการแตกตัวเป็นก้อนจะถึงค่าสูงสุด และจำนวนคู่ของอิเล็กตรอน-โฮลจะเริ่มเพิ่มขึ้น ในเวลานี้ ค่าสัมประสิทธิ์การแตกตัวเป็นไอออนจะมีค่าสูงสุด ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจะไม่เปลี่ยนแปลงตามสนามไฟฟ้าในทันที เพราะมันขึ้นอยู่กับจำนวนคู่ของอิเล็กตรอน-โฮลที่มีอยู่แล้วในบริเวณที่เกิดการแตกตัวเป็นก้อนด้วย ดังนั้น ความเข้มข้นของอิเล็กตรอน ณ จุดนี้จะมีค่าน้อย แม้หลังจากที่สนามไฟฟ้าผ่านค่าสูงสุดไปแล้ว ความเข้มข้นของอิเล็กตรอน-โฮลก็ยังคงเพิ่มขึ้นต่อไป เพราะอัตราการสร้างตัวพาประจุทุติยภูมิยังคงสูงกว่าค่าเฉลี่ย ด้วยเหตุนี้ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในบริเวณที่เกิดการแตกตัวเป็นก้อนจึงถึงค่าสูงสุดเมื่อสนามไฟฟ้าลดลงมาถึงค่าเฉลี่ย ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าบริเวณที่เกิดการแตกตัวเป็นก้อนทำให้เกิดการเลื่อนเฟส 90° ระหว่างสัญญาณ AC กับความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในบริเวณนี้

เมื่อค่า t เพิ่มขึ้นอีก แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะกลายเป็นค่าลบ และสนามในบริเวณอะวาแลนซ์จะลดลงต่ำกว่าค่าวิกฤต อิเล็กตรอนในบริเวณอะวาแลนซ์จะถูกฉีดเข้าไปในโซนดริฟต์ ซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสในวงจรภายนอกที่มีเฟสตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ดังนั้น สนามกระแสสลับจึงดูดซับพลังงานจากอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ขณะที่พวกมันชะลอตัวลงเนื่องจากสนามที่ลดลง เห็นได้ชัดว่าการเลื่อนเฟสที่เหมาะสมระหว่างกระแสไดโอดและสัญญาณกระแสสลับจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อความหนาของโซนดริฟต์มีค่ามากพอที่กลุ่มอิเล็กตรอนจะถูกรวบรวมที่ขั้วบวก n ⁺ – ในขณะที่แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นศูนย์ เงื่อนไขนี้เกิดขึ้นได้โดยการทำให้ความยาวของโซนดริฟต์เท่ากับความยาวคลื่นของสัญญาณ สถานการณ์นี้จะทำให้เกิดการเลื่อนเฟสเพิ่มเติมอีก 90° ระหว่างแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสไดโอด

ในปี พ.ศ. 2499 WT Read และ Ralph L. Johnston จากBell Telephone Laboratoriesเสนอว่าไดโอดอะวาแลนซ์ที่แสดงความล่าช้าของเวลาการส่งผ่านอย่างมีนัยสำคัญอาจแสดง ลักษณะ ความต้านทานเชิงลบผลกระทบดังกล่าวได้รับการพิสูจน์ในไดโอดซิลิคอนทั่วไปในไม่ช้า และในช่วงปลายทศวรรษ พ.ศ. 2503 ออสซิลเลเตอร์ที่ความถี่ 340 GHz ก็ได้รับการผลิตขึ้น ไดโอดซิลิคอน IMPATT สามารถผลิตพลังงานได้มากถึง 3 กิโลวัตต์อย่างต่อเนื่อง โดยมีพลังงานที่สูงกว่าในรูปแบบพัลส์^{[ 1 ]}

อุปกรณ์ออสซิลเลเตอร์ไมโครเวฟที่มีโครงสร้างคล้ายกับไดโอด IMPATT คือไดโอด TRAPATT ซึ่งย่อมาจาก "trapped plasma avalanche triggered transit" โหมดการทำงานนี้สร้างพลังงานและประสิทธิภาพที่ค่อนข้างสูง แต่มีความถี่ต่ำกว่าอุปกรณ์ที่ทำงานในโหมด IMPATT ^{[ 2 ]}

• ไดโอดบาร์ริตต์
• ไดโอดกันน์
• ไดโอดอุโมงค์

• D. Christiansen, CK Alexander และ RK Jurgen (บรรณาธิการ) คู่มือมาตรฐานวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ (ฉบับที่ 5) สำนักพิมพ์ McGraw Hill หน้า 11.107–11.110 (2005) ISBN 0-07-138421-9.
• MS Gupta: วงจรสมมูลสัญญาณขนาดใหญ่สำหรับการกำหนดลักษณะเฉพาะของไดโอด IMPATT และการประยุกต์ใช้กับเครื่องขยายสัญญาณ 689–694 (พ.ย. 1973) ทฤษฎีและเทคนิคไมโครเวฟ วารสาร IEEEเล่มที่ 21 ฉบับที่ 11 ISSN 0018-9480
• RL Jonston, BC DeLoach Jr. และ BG Cohen: ออสซิลเลเตอร์ไดโอดซิลิคอนวารสารทางเทคนิคของระบบเบลล์44 , 369 (1965)
• H. Komizo, Y. Ito, H. Ashida, M. Shinoda: วงจรขยายสัญญาณไดโอด IMPATT แบบต่อเนื่อง 0.5 วัตต์ สำหรับอุปกรณ์ถ่ายทอดสัญญาณวิทยุ FM ความจุสูง 11 GHz 14–20 (กุมภาพันธ์ 1973) วารสาร IEEEเล่มที่: 8 ฉบับที่: 1 ISSN 0018-9200
• W. T. Read, Jr., ไดโอดความต้านทานลบความถี่สูงที่เสนอ, Bell System Technical Journal, 37 , 401 (1958)
• SM Sze: ฟิสิกส์ของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง สำนักพิมพ์ John Wiley & Sons หน้า 566–636 (1981) ISBN 0-471-05661-8
• MS Tyagi : บทนำเกี่ยวกับวัสดุและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ John Wiley & Sons. 311–320 (1991). ISBN 0-471-60560-3