基于共振隧穿二极管的近程太赫兹通信技术

太赫兹通信技术是实现6G愿景的关键底层技术之一,针对应用场景选择不同技术路线定制收发系统将是其发展趋势。RTD太赫兹收发模块具有室温、高频率、高灵敏度、易集成等特点,成为太赫兹通信技术领域的新星。通过介绍RTD太赫兹源、探测器及通信系统的工作原理和现状,分析了目前面临的效率及灵敏度提升挑战,并从器件和电路层面探讨和展望了可能解决方案和技术方向,为推动RTD太赫兹通信实用化提出思考。     

InP基共振隧穿二极管太赫兹振荡器的设计与实现

利用InP基共振隧穿二极管（RTD）和加载硅透镜的片上天线设计实现了超过1 THz的振荡器。采用Silvaco软件对RTD模型进行仿真研究,分析了不同发射区掺杂浓度、势垒层厚度、隔离层厚度以及势阱层厚度等对器件直流特性的影响规律。对研制的RTD器件直流特性测试显示：峰值电流密度Jp为359.2 kA/cm²,谷值电流密度Jv为135.8 kA/cm²,峰谷电流比PVCR为2.64,理论计算得到的器件最大射频输出功率和振荡频率（fmax）分别为1.71 mW和1.49 THz。利用透镜封装的形式对采用Bow-tie片上天线和RTD设计的太赫兹振荡器进行封装,测试得到振荡频率超过1 THz,输出功率为2.57μW,直流功耗为8.33 mW,是国内首次报道超过1 THz的振荡器。     

共振隧穿二极管型光探测器和光调制器

将共振隧穿二极管(RTD)的核心结构——双势垒系统与光探测器和调制器的原理相结合可构成共振隧穿光探测器和共振隧穿光调制器。这些器件既保持了RTD高频、高速的特点,同时又具备了光探测器和光调制器原有的功能,可用于光电集成电路。介绍了这种具有代表性的RTD型光电器件的工作原理、器件结构、制造工艺、器件参数测试等,为此类器件在国内的设计和研制奠定基础。     

共振隧穿二极管研究进展

简要评述共振隧穿二极管（ＲＴＤ）器件研究进展。重点探讨以下问题：为什么ＲＴＤ研究经久不衰？器件理论模型达到何等水平？器件特性、结构和材料方面有哪些关键？围绕这些问题,介绍了有关基本概念,对ＲＴＤ器件物理模型和特性近来的研究成果和前景进行了分析,并提要性地和同类的其它量子器件作了比较。     

利用共振隧穿器件制作太赫兹波源

太赫兹波是振荡频率在100GHz～10THz范围的电磁波,利用共振隧穿器件高频高速的特点,适宜制作此波段的振荡源器件。指出与其他类型的太赫兹源器件相比,共振隧穿型太赫兹波源器件具有体积小、重量轻、便于与控制电路集成以及易于进行调制等特点;此外,还适宜用Si透镜进行功率合成,增大其总发射功率。给出几种重要太赫兹共振隧穿器件的结构、制造工艺和器件性能,作为太赫兹技术领域的研究人员选择太赫兹波源器件的参考。     

共振隧穿二极管THz辐射源研究进展

太赫兹技术被称为“改变未来世界十大技术之一”,对基础科学研究、国民经济发展和国防建设具有重要意义,尤其在未来6G通信方面举足轻重。太赫兹波源是整个太赫兹技术研究的基础,也是太赫兹应用系统的核心部件。近年来,共振隧穿二极管(RTD)型太赫兹波源因体积小,质量轻,易于集成,室温工作,功耗低等特点受到广泛关注,为太赫兹波推广应用开辟了新的途径。通过文献分析,本文从器件材料技术、主要工艺及器件性能等方面对InP基与GaN基RTD太赫兹振荡器的发展进行评述,并探讨了InP基与GaN基RTD太赫兹振荡器件的研究方向。     

共振隧穿型太赫兹波振荡器设计

本文设计的RTD结构,采用目前最新的发射极渐变In含量(GE)结构和集电区隔离层与势垒层之间的高In过渡层(HITL)结构,同时对发射区和集电区进行重掺杂。发射极设计面积为1μm2至几μm2的情况下,通过基于非平衡格林函数法的量子输运模拟器WinGreen模拟,将势阱厚度从4.5nm降低到4nm,峰值电流密度JP从13mA/μm2达到43mA/μm2,输出功率从235μW达到2.625mW。阵列型RTO可实现功率合成,使RTO的功率再增加一个数量级,达到毫瓦甚至几十毫瓦。同时建立包含各种寄生参数的等效电路模型,通过PSPICE工具仿真,得到振荡频率可达1.78THz的仿真结果。     

共振隧穿二极管

设计并研制出室温工作的共振隧穿二极管,室温电流峰谷比达到7.6:1,最高振荡频率为54GHz。本文对RTD的设计、研制过程、参数和特性测试进行了系统的分析和说明。     

InP基RTD太赫兹振荡源及其应用研究进展

紧凑和相干的太赫兹源是太赫兹应用的关键组成,共振隧穿二极管(RTD)是目前振荡频率最高的电子学器件,RTD太赫兹振荡源具有结构紧凑、功耗低、室温工作、有一定输出功率、易集成、覆盖频率较宽等优点。InP基RTD太赫兹振荡源在600 GHz左右的频段内输出功率可达百微瓦量级,可见报道的最高振荡频率为1.92 THz,输出功率0.4 μW。RTD振荡源的输出功率可以通过偏置电压进行直接调制,使得其在高容量短距离的太赫兹通信系统中具有很大的优势。目前,InP基RTD太赫兹振荡源成为太赫兹源领域的研究热点。     

共振隧穿二极管的开关时间特性

用HP8510(C)网络分析仪测量了A1As／InGaAs／AlAs共振隧穿二极管(RTD)的散射参数，通过曲线拟合提取了等效电路参数，估算了RTD的开关时间，通过速度指数估算的RTD上升时间最小可达21ps。     

基于肖特基二极管的太赫兹准光探测器设计方法与成像性能研究

设计了一款太赫兹准光探测器, 该探测器主要由砷化镓肖特基二极管芯片以及高阻硅透镜组成.为了减小所设计芯片的欧姆损耗, 将天线图案生长在了半绝缘砷化镓层上.在335～350GHz频率范围内, 准光探测器的实测电压响应率为1360～1650V/W, 双边带变频损耗为10.6～12.5dB.对应估算的等效噪声功率为1.65～2pW/Hz1/2.基于所设计的准光探测器进行了成像实验, 该实验分别在直接检波和外差探测两种模式间进行, 成像结果表明所设计的太赫兹准光探测器能够满足太赫兹成像方面应用.     

Pspice resonant tunneling diode models and application circuits

Using the analogue behavioural modelling capabilities of Pspice, the current–voltage characteristics and the large-signal equivalent circuit of a resonant tunneling diode are exploited to create a Pspice compatible model for the diode. The model is used, with very few other components, in the simulation of a number of circuit applications, including a sinusoidal wave generator, a frequency multiplier and three state logic circuits. The simulated circuit details, the related waveforms and three-state logic operations are described. The circuits are characterized mainly by their reduced complexity and ease of analysis.     

从光子学角度看太赫兹技术的现状和发展趋势

太赫兹技术是当前极具发展潜力的热点技术。太赫兹源、太赫兹探测器以及太赫兹应用研究是太赫兹技术的三大研究重点。本文分析了太赫兹技术在光谱探测、成像探测和通讯应用方面的需求情况,介绍了现有主要的太赫兹源产生方法和特点,以及太赫兹探测器的分类和常见太赫兹探测器,并以其相邻谱段红外探测器的发展历程以及太赫兹探测器的发展现状为参照,从光子学的角度分析了太赫兹探测器的发展趋势以及可能面临的技术困难。     

太赫兹新型探测器的研究进展及应用

太赫兹波由于其独特的光学和电学性质,在物理学、生物学、公共安全检查、局域通信、信息安全、环境监测、无损检测和国防科技等民用或军事领域都有着广阔的应用前景。太赫兹探测器作为太赫兹领域的核心器件,在太赫兹系统中扮演着重要角色。因此太赫兹探测器的性能,决定了太赫兹系统的应用市场。近年来,太赫兹探测器的发展已取得突破性的成果,但是太赫兹探测器还存在着一些普遍的问题,制冷的太赫兹探测器虽然有响应速率快和噪声等效功率低等优点,但是其紧凑性不好,并且成本较高。室温可工作的太赫兹探测器虽然不需要制冷环境,但是噪声等效功率偏大,灵敏度也不高。该综述从太赫兹探测器的制备材料和器件形式等方面,阐述了太赫兹探测器的发展现状及其应用领域。     

Design and analysis of resonant cavity-enhanced quantum ring inter-subband photodetector with resonant tunneling barriers for terahertz detection

The effect of resonant cavity structure on the performance operation of In As/Ga As quantum ring intersubband photodetector is studied for detection of terahertz radiations range.In order to confinement of optical field w ithin active region and consequently enhancement in responsivity of device,tw o periods of Al2O3/Ga As distributed bragg reflectors are used as bottom dielectric mirror and a thin layer of Au material as top mirror of device.For further improvement in detectivity,Al0.3Ga0.7As/In0.3Ga0.7As resonant tunneling barriers are included in absorption layers to reduce dark current of device.Proposed photodetector show s a peak responsivity of about 0.4(A/W)and quantum efficiency of 1.2%at the w avelength of 80μm(3.75 THz).Furthermore,specific detectivity(D*)of device is calculated and results are compared to conventional quantum ring inter-subband photodetector.Results predict a D*of~1011(cm.Hz1/2/W)for device at T=80 K and V=0.4 V w hich is tw o orders of magnitude higher than that of conventional QRIPs.     

Effect of radial growth rate variation on resonant tunneling diode current-Voltage characteristics

The uniformity of electronic device characteristics is dependent on the uniformity of the epitaxial material. Uniformity is particularly important for resonant tunneling diodes where small changes in well or barrier thickness can have profound effects on the diode current-voltage characteristics. The variability of these characteristics due to growth rate nonuniformity for epitaxial structures grown by molecular beam epitaxy has been documented and the magnitude of the thickness variations analyzed using photoluminescence and a theoretical model. An increase of 17 meV was observed in the quantum well ground state, corresponding to a 15% thinning of the well from the center to the edge of the substrate.     

太赫兹空气相干探测技术引起的太赫兹脉冲畸变

太赫兹空气相干探测技术是一种宽带探测技术,目前已被广泛应用于宽带太赫兹技术中。该技术的频率响应由探测激光脉冲宽度决定。因此,不同的探测激光脉冲在探测过程可能引起太赫兹脉冲的畸变。本文基于数值计算研究了空气相干探测技术引起的太赫兹脉冲的脉冲畸变和能量损失。结果显示,这种脉冲畸变和能量损失主要依赖探测激光脉冲宽度和待探测的太赫兹脉冲的中心频率。本项工作对于估测在宽带太赫兹技术中使用空气相干探测技术的性能和表现有很好的帮助。     

用于太赫兹探测的InP基异维肖特基二极管

异维肖特基二极管(HDSD)是一种具有三维金属-二维半导体结的特殊的肖特基势垒二极管。由于具有较小的结电容和串联电阻,HDSD在太赫兹探测中很有应用潜力。本文研制了InP基HDSD,据我们所知相关工作尚未被报道过。与GaAs基HDSD相比,可以预期InP基HDSD有着更好的性能,一方面因为更高的电子迁移率和二维电子气(2DEG)浓度,另一方面因为更小的肖特基势垒高度。通过交流测量得到的截止频率高于500GHz,表明InP基HDSD具有应用于太赫兹探测的潜力。