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/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/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与HBT单片集成研究

设计并研制了共振隧穿二极管(RTD)与异质结双极晶体管(HBT)单片集成负阻逻辑单元。详细介绍了逻辑单元的材料结构及工艺流程的设计过程,得到了较好的负阻特性,其开启电压1V左右,峰谷比大于2∶1。同时建立了负阻逻辑单元的模型,通过Pspice模拟结果表明与实际逻辑单元特性吻合良好。     

RTD与PHEMT集成的几个关键工艺

在新型的共振隧穿二极管(RTD)器件与PHEMT器件单片集成材料结构上,研究和分析了分立器件的制作工艺,给出了分立器件的制作工艺参数.利用上述工艺成功制作了RTD和PHEMT器件,并在室温下分别测试了RTD器件和PHEMT器件的电学特性.测试表明:在室温下,RTD器件的峰电流密度与谷电流密度之比提高到1.78;PHEMT器件的最大跨导约为120mS/mm,在Vgs＝0.5V时的饱和电流约为270mA/mm.这将为RTD集成电路的研制奠定工艺基础.     

InP基RTD/HEMT集成的几个关键工艺研究

用MBE设备在半绝缘的InP衬底上依次生长高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料和共振遂穿二极管(RTD)外延材料,在此材料结构基础上研究和分析了RTD与HEMT器件单片集成工艺中的隔离工艺、欧姆接触工艺、HEMT栅挖槽工艺和空气桥工艺等几步关键工艺,给出了这些工艺的相关参数。利用上述工艺成功地制作了RTD和HEMT器件,并在室温下分别测试了RTD器件和HEMT器件的电学特性。测试表明:在室温下,RTD器件的峰电流密度与谷电流密度之比(PVCR)为3.66;HEMT器件的最大跨导约为370 mS/mm,在Vds=1.5 V时的饱和电流约为391 mA/mm。这将为RTD与HEMT的单片集成研究奠定工艺基础。     

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。     

遏止(Quenching)及其在分析RTD逻辑电路中的应用

在深入分析共振隧穿二极管(RTD)开关前后内阻变化和RTD串联组合中不同RTD电压分布随总偏压变化的基础上,深化了“遏止(Q uench ing)”的概念。并进一步以此概念说明了RTD/HEM T电路中,单-双稳转换逻辑单元(M OB ILE)、多值逻辑(M VL)文字(L itera l)逻辑门、三态反相器(T ernary inverter)等逻辑单元的工作原理。通过此种分析,证实了“遏止”概念是解释和分析复杂RTD电路原理的强有力工具。以上论证也适用于由其它负阻器件构成的逻辑电路。     

由RTD构成的MOBILE单元电路研究

对由共振隧穿二极管(RTD)构成的单双稳态转换逻辑单元(MOBILE)电路进行了详细地研究与分析,并结合实际RTD的特性用PSPICE进行了MOBILE单元电路模拟,总结和验证了MOBILE单元电路变化的三条规律,为进一步研究由RTD构成的多种复杂数字电路奠定了基础。     

纳电子器件谐振隧道二极管的研制

采用分子束外延方法在砷化镓衬底上生长了双垒单阱结构,然后用常规半导体器件工艺制成了谐振隧穿二极管(RTD),有相当好的I-V特性.对于5μm×5μm的RTD器件,在室温条件下,测得其峰谷比最大可到7.6∶1,最高振荡频率大于26GHz.     

RTD/HEMT串联型共振隧穿三极管的设计与研制

对RTD/HEMT串联型共振隧穿三极管进行了设计和研制.测量结果表明:最大电流峰谷比为17.6∶1,棚压对峰值电压调控能力在1.5～7.7范围内,-3dB截止频率为4GHz,此种器件可与HEMT在结构和工艺上兼容,可应用于HEMT高速电路.     

RTD/HEMT串联型共振隧穿三极管的设计与研制

对RTD/HEMT串联型共振隧穿三极管进行了设计和研制.测量结果表明:最大电流峰谷比为17.6∶1,棚压对峰值电压调控能力在1.5～7.7范围内,-3dB截止频率为4GHz,此种器件可与HEMT在结构和工艺上兼容,可应用于HEMT高速电路.     

谐振隧道二极管

由于外延技术的快速发展与进步,作为量子耦合器件及其电路里程碑的谐振隧道量子器件（ＲＴＤ）引起的学术界的密切关注。ＲＴＤ可使电路密度增大,速度提高,且单位器件的逻辑功能高于传统的晶体管。文中分析了谐振隧道二极管的工作原理、重要物理现象,并对有关设计问题进行了讨论。     

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。     

量子共振隧穿二极管的频率特性与分析

用HP8510C网络分析仪测量了AlAs/InGaAs/AlAs共振隧穿二极管的S参数,通过实测曲线拟合提取器件等效电路参数,计算出所研制器件的阻性截止频率为54GHz,并分析了影响器件工作频率的因素.     

GeSi/Si共振隧穿二极管

GeSi/Si共振隧穿二极管主要包括空穴型GeSi/SiRTD、应力型GeSi/SiRTD和GeSi/Si带间共振隧穿二极管三种结构。着重讨论了后两种GeSi/Si基RTD结构;指出GeSi/Si异质结的能带偏差主要发生在二者价带之间(即ΔEv>ΔEc),形成的电子势阱很浅,因此适用于空穴型RTD的研制;n型带内RTD只有通过应力Si或应力GeSi来实现,这种应力型RTD为带内RTD的主要结构;而带间GeSi/SiRITD则将成为更有应用前景的、性能较好的GeSi/SiRTD器件结构。     

共振隧穿器件及其集成技术发展趋势和研究热点

在概括了共振隧穿器件及其集成技术的特点和分析了其发展趋势的基础上,给出了该领域当前的研究热点。