一种基于RTD和HEMT的单片集成逻辑电路

介绍了一种基于共振隧穿二极管(RTD)和高电子迁移率晶体管(HEMT)的单片集成电路.采用分子束外延技术在GaAs底层上重叠生长了RTD和HEMT结构.RTD室温下的峰谷电流比为5.2∶1,峰值电流密度为22.5kA/cm2.HEMT采用1μm栅长,阈值电压为-1V.设计电路称为单稳态-双稳态转换逻辑单元(MOBILE).实验结果显示了该电路逻辑运行成功,运行频率可达2GHz以上.     

RTD/HEMT多值逻辑(MVL)电路的PSPICE模拟

由共振隧穿二极管(RTD)与高电子迁移率晶体管(HEMT)相并联组成的结构是构成当前RTD高速数字电路常用的基本单元。由于RTD的负阻、双稳和自锁特性,由RTD/HEMT组成的逻辑电路可以大大减少器件的数目,用最少的器件完成一定的逻辑功能。本文对多值逻辑(MVL)中的文字逻辑门用PSPICE模拟软件进行了电路模拟,模拟结果与预期结果一致,并有助于指导该电路的设计。     

RTD与HEMT在InP衬底上的单片集成

在半绝缘的50nm InP衬底上采用分子束外延的方法生长了RTD与HEMT的集成材料结构.RTD室温下峰谷电流比最高达到18.39,阻性截止频率大于20.05GHz.栅长为1μm的HEMT截止频率为19.8GHz,最大跨导为237mS/mm.由多个RTD串联形成的多峰值逻辑以及HEMT栅压调节RTD电流的特性也得以验证.     

RTD与HEMT在InP衬底上的单片集成

在半绝缘的50nm InP衬底上采用分子束外延的方法生长了RTD与HEMT的集成材料结构.RTD室温下峰谷电流比最高达到18.39,阻性截止频率大于20.05GHz.栅长为1μm的HEMT截止频率为19.8GHz,最大跨导为237mS/mm.由多个RTD串联形成的多峰值逻辑以及HEMT栅压调节RTD电流的特性也得以验证.     

共振隧穿器件应用电路概述——共振隧穿器件讲座(2)

在“共振隧穿器件概述”的基础上,对共振隧穿器件应用电路作了全面概括的介绍。首先对共振隧穿器件应用电路的特点、分类和发展趋势作了简述;进一步对由RTDH/EMT构成的单-双稳转换逻辑单元(MOBILE)和以它为基础构成的RTD应用电路,包括柔性逻辑、静态随机存储(SRAM)、神经元、静态分频器等电路的结构、工作原理和逻辑功能等进行了介绍。关于RTD/HEMT构成的更为复杂的电路,如多值逻辑、AD转换器以及RTD光电集成电路等将在本讲座最后部分进行讲解。     

基于RTD和HEMT的单稳多稳转换逻辑(MML)模拟

用 PSpice对一种由串连的 RTD和 HEMT组成的单稳多稳转换逻辑 (MML)电路进行了模拟。基于自行研制的 RTD的特性曲线提取了合适的器件模型和参数 ,分析了由输入信号调节器件的峰值电流来控制器件翻转次序从而在 MML电路中实现门函数逻辑的原理并由模拟得以证实。     

RTD/HPT光控单-双稳转换逻辑单元

以光接收器件代替RTD MOBILE(RTD单-双稳转换逻辑单元)电路中的HEMT或HBT,可构成光控MOBILE电路。在比较了四种光控MOBILE结构的基础上,选择RTD/HPT光控结构,重点分析讨论了RTD/HPT光控MOBILE的工作原理,当光控MOBILE的输入光功率超过一个临界值时,MOBILE的输出电压便会从高电平跳变到低电平;由HPT光增益理论分析了提高HPT性能的措施以及HPT设计中应该注意的问题;介绍了以Si光三极管代替HPT,通过模拟实验,验证了RTD/HPT光控MOBILE的逻辑功能。     

光控单稳-双稳转换逻辑单元

用光电晶体管替换HEMT作为输入端,结合RTD可以构成新的光控逻辑单元,它具有光电流开关和自锁功能,该功能在实验及电路模拟中得到证实.在此基础上,若以异质结光电管(HPT)和RTD集成,可以设计和制作诸如D型触发器等不同功能的光控逻辑电路单元.     

光控单稳-双稳转换逻辑单元

用光电晶体管替换HEMT作为输入端,结合RTD可以构成新的光控逻辑单元,它具有光电流开关和自锁功能,该功能在实验及电路模拟中得到证实.在此基础上,若以异质结光电管(HPT)和RTD集成,可以设计和制作诸如D型触发器等不同功能的光控逻辑电路单元.     

光控单稳-双稳转换逻辑单元(英文)

用光电晶体管替换HEMT作为输入端,结合RTD可以构成新的光控逻辑单元,它具有光电流开关和自锁功能,该功能在实验及电路模拟中得到证实.在此基础上,若以异质结光电管(HPT)和RTD集成,可以设计和制作诸如D型触发器等不同功能的光控逻辑电路单元.     

基于共振隧穿二极管的集成电路研究

RTD基集成电路所具有的超高速、低功耗和自锁存的特性,使其在数字电路、混合信号电路以及光电子系统中有着重要的应用。首先对RTD与化合物半导体HEMT,HBT以及硅CMOS器件的集成工艺进行了介绍。在MOBILE电路及其改进和延伸的基础上,对高速ADC／DAC电路和低功耗的存储器电路进行了具体的分析。最后对RTD基电路面临的主要问题和挑战进行了讨论,提出基于硅基RTD与线性阈值门（LTG）逻辑相结合是未来纳米级超大规模集成电路的最佳发展方向。     

RTD/HEMT串联型RTT的设计与研制

依据RTD/HEMT串联型RTT的概念,设计了RTD/HEMT单片集成材料结构,该结构采用分子束外延技术生长.采用湿法化学腐蚀、金属剥离、台面隔离和空气桥互连技术,研制了RTD/HEMT串联型RTT,并对RTT及RTT中RTD和HEMT的直流特性进行了测试.测试结果表明:在室温下,器件具有明显的栅控负阻特性,正接型RTT的最大峰谷电流之比在2.2左右,反接型RTT的最大峰谷电流之比在4.6左右.实验为RTD/HEMT串联型RTT性能的优化和RTD/HEMT单片集成电路的研制奠定了基础.     

RTD多值逻辑电路原理与电路模拟

由共振隧穿二极管(RTD)和高电子迁移率晶体管(HEMT)构成的多值逻辑(MVL)电路可以用最少的器件来完成一定的逻辑功能,达到大大简化电路的目的。共振隧穿二极管和高电子迁移率晶体管属于量子器件,具有高频高速的特点,所以这一逻辑电路有很好的应用前景。本文就多值逻辑电路中的几个典型电路用Pspice软件进行电路模拟,得到了与理论分析一致的模拟结果。     

RTD的器件模型和模拟——共振隧穿器件讲座(9)

阐述了电路模拟在设计和研制大规模集成过程中的必要性和重要意义,器件模型在电路模拟中的重要性以及器件模拟与器件模型的关系;在器件模拟通用软件形成过程的基础上重点讨论了RTD的器件模型、器件模拟和电路模拟软件SPICE三个课题;介绍了基于物理参数I-V方程RTD模型和高斯函数、指数函数RTD直流模型;利用ATLAS器件模拟通用软件对RTD进行了器件模拟,得到了势垒和势阱宽度、E区掺杂浓度等对RTDI-V特性的影响;以包含RTD电路的SPICE电路模拟中的文字逻辑门为例,通过电路模拟验证了其逻辑功能,对设计该电路起到指导和参考作用。     

NDRHBT及其构成的单-双稳转换逻辑单元

设计并研制了InGaP/GaAs/InGaP超薄基区(8nm)负阻异质结晶体管(UTBNDRHBT)。并用它构成一个单-双稳转换逻辑单元(Monostable-bistable transition logic element,简称MOBILE)。经过测试,证实其具有与GRTD、RTD/HEMT构成的MOBILE相类似的逻辑功能。     

改进型三值RTD量化器的设计

共振隧穿二极管RTD本身所特有的负阻微分特性使其成为天然的多值器件。介绍了三值RTD和三值RTD+HEMT的伏安特性以及三值RTD量化器和开关序列的工作原理,以RTD开关序列模型为指导思想设计出改进型三值RTD量化器电路,比原电路结构简单,仿真结果验证了设计的正确性。该设计方法不仅可以用于实现更简单和更灵活的三值RTD量化器,还能用于更高值的多值RTD逻辑电路的设计中。