室温下Si/Si1-xGex共振隧穿二极管的数值模拟

采用量子水动力学(QHD)模型模拟了35nm Si/Si1-xGex空穴型共振隧穿二极管(RTD)在室温下的I-V特性.模拟过程中,引入second upwind,Schafetter-Gummel(SG)和二阶中心差分法相结合的离散方法对方程组进行离散,保证了结果的收敛性.还模拟了不同的器件结构,对结果的分析表明器件的势垒厚度和载流子有效质量都会对RTD的负阻效应产生影响.在室温下(T=293K),当x=0.23时,模拟结果的峰谷电流比为1.14,与实验结果相吻合.     

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。     

基于SiGe/Si的空穴型共振隧穿二极管

用GS400高真空外延设备制备了空穴型双势垒单势阱共振隧道二极管.常温(293K)直流测试数据为PVCR(峰谷电流比)=1.13,Jp(峰值电流)=1.589kA/cm2,对应的低温(77K)脉冲测试数据为PVCR=1.24,Jp=1.086kA/cm2.两种情况下,较低的PVCR可归结为GexSi1-x/Si异质结构本身的能级特性和热效应.     

基于SiGe/Si的空穴型共振隧穿二极管

用GS400高真空外延设备制备了空穴型双势垒单势阱共振隧道二极管.常温(293K)直流测试数据为PVCR(峰谷电流比)=1.13,Jp(峰值电流)=1.589kA/cm2,对应的低温(77K)脉冲测试数据为PVCR=1.24,Jp=1.086kA/cm2.两种情况下,较低的PVCR可归结为GexSi1-x/Si异质结构本身的能级特性和热效应.     

室温下高峰谷电流比、高峰电流密度的双势垒共振隧穿二极管

在半绝缘GaAs衬底上制作了AlAs/GaAs/In0.1Ga0.9As/GaAs/AlAs双势垒共振隧穿二极管.在GaAs层中加入In0.1Ga0.9As层用以降低势垒两边的势阱深度,从而提高了器件的峰谷电流比和峰电流密度.为了减小器件的接触电阻和电流的非均匀性,使用了独特形状的集电极,总的电流密度也因此提高.薄栅也有助于提高器件的PVCR和峰电流密度.在室温下测得其峰谷电流比高达13.98,峰电流密度大于89kA/cm2.     

基于SiGe／Si的空穴型共振隧穿二极管

用GS400高真空外延设备制备了空穴型双势垒单势阱共振隧道二极管，常温(293K)直流测试数据为PVCR(峰谷电流比)=1．13，Jp(峰值电流)=1．589kA／cm^2，对应的低温(77K)脉冲测试数据为PVCR=1．24，Jp=1．086kA／cm^2，两种情况下，较低的PVCR可归结为Ge2Si1-x／Si异质结构本身的能级特性和热效应。     

共振隧穿二极管的设计和研制

用分子束外延在半绝缘砷化镓上生长两垒一阱结构,制成RTD单管。经过材料生长设计、工艺设计和版图设计几方面的改进,测得最高振荡频率已达54GHz。     

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。     

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。     

三势垒共振隧穿结构中极大增强的光生空穴共振隧穿

研究了电子隧穿出射端嵌入1.2 μm厚n型弱掺杂GaAs层的三势垒双阱隧穿结构,观察到了隧穿峰谷比高达36的光生空穴共振隧穿峰.研究证实1.2 μm厚n型弱掺杂GaAs层在光照下产生的大量光生空穴以及空穴隧穿出射端的23 nm宽的量子阱中量子化的空穴能级对空穴隧穿谷电流的限制作用,是导致高峰谷比的光生空穴隧穿现象的主要原因.     

InP基RTD特性的数值模拟研究

采用基于非平衡格林函数法(Non-equilibrium Green’s function,NEGF)量子输运模拟器WinGreen对InP基共振隧穿二极管(RTD)的输运特性进行了计算模拟,分析了Ga0.47In0.53As/AlAs以及富In组份势阱双势垒结构几何参数、散射参数、发射区和集电区掺杂浓度以及隔离层厚度对InP基RTD器件I-V特性的影响。模拟结果表明,采用富In组份的势阱有利于降低峰值电压,提高发射区掺杂浓度有利于增大峰值电流密度,而散射则会导致谷值电流增大,影响其负阻特性。     

共振隧穿二极管的直流变温特性

优化设计了GaAs/InGaAs/AlAs双势垒异质结构,采用台面工艺实现了RTD的器件制备,在3³50K温度范围内对器件的直流特性进行了测试分析。实验结果表明,受热电子发射电流的影响,当测试温度T>77K时,GaAs基RTD的直流特性参数随温度变化显著;而当T<77K后,器件直流特性趋于饱和。基于实验数据外推的最高工作温度和极限负阻温度分别为370K和475K。     

谐振带间隧道二极管

谐振带间隧道二极管是一种双势垒量子阱极性器件,其突出特点在于其峰－谷电流 极管（属双势垒量子阱非极性器件）高。对其基本工作原理及结构进行了分析,介绍了并讨论了这种结构在电路中的两项应用。     

自组装Si量子点阵中室温共振隧穿及微分负阻特性

报道了自组装Si量子点（Si-QDs）阵列在室温下的共振隧穿及其微分负阻特性. 在等离子增强化学气相沉淀系统中,采用layer-by-layer的淀积技术和原位等离子体氧化方法制备了Al/SiO2/Si-QDs/SiO2/Substrate双势垒结构. 通过原子力显微镜和透射电子显微镜检测,证实所获得的Si-QDs阵列中Si量子点平均尺寸为6nm,并具有较好的尺寸均匀性（小于10%). 在对样品的室温I-V和C-V特性的测量中,直接观测到由于Si量子点中分立能级而引起的共振隧穿和充电效应：I-V特性表现出显著的“微分负阻特性(NDR)" ;而C-V特性中也同样观测到位置相对应、结构相似的峰结构,从而证实了I-V和C-V特性中的峰结构都同样来源于电子与Si量子点阵列中分离能级之间的共振隧穿和充电过程. 进一步研究发现,Si量子点阵列中共振隧穿和NDR特性所特有“扫描方向”和“速率”依赖性及其机制,与量子阱的情况有所不同. 通过所建立的主方程数值模型,成功地解释并重复了Si量子点阵中共振隧穿所特有的输运特性.     

InP基谐振隧穿二极管的研究

谐振隧穿二极管(RTD)具有高频、低功耗、负阻、双稳态、自锁等优点,在超高速数字电路领域具有非常好的应用前景.加之InP材料固有的优越特性,使得InP基谐振隧穿器件成为目前研究的重点.研究并试制了InP基RTD实验样品,对其直流特性进行了测试分析,器件的最大电流峰谷比(PVCR)达到了17.8.     

自组装Si量子点阵中室温共振隧穿及微分负阻特性

报道了自组装Si量子点(Si-QDs)阵列在室温下的共振隧穿及其微分负阻特性.在等离子增强化学气相沉淀系统中,采用layer-by-layer的淀积技术和原位等离子体氧化方法制备了Al/SiO2/Si-QDs/SiO2/Substrate双势垒结构.通过原子力显微镜和透射电子显微镜检测,证实所获得的Si-QDs阵列中Si量子点平均尺寸为6nm,并具有较好的尺寸均匀性(小于10%).在对样品的室温I-V和C-V特性的测量中,直接观测到由于Si量子点中分立能级而引起的共振隧穿和充电效应:I-V特性表现出显著的"微分负阻特性(NDR)";而CV特性中也同样观测到位置相对应、结构相似的峰结构,从而证实了I-V和C-V特性中的峰结构都同样来源于电子与Si量子点阵列中分离能级之间的共振隧穿和充电过程.进一步研究发现,Si量子点阵列中共振隧穿和NDR特性所特有"扫描方向"和"速率"依赖性及其机制,与量子阱的情况有所不同.通过所建立的主方程数值模型,成功地解释并重复了Si量子点阵中共振隧穿所特有的输运特性.     

自组装Si量子点阵中室温共振隧穿及微分负阻特性

报道了自组装Si量子点(Si-QDs)阵列在室温下的共振隧穿及其微分负阻特性.在等离子增强化学气相沉淀系统中,采用layer-by-layer的淀积技术和原位等离子体氧化方法制备了Al/SiO2/Si-QDs/SiO2/Substrate双势垒结构.通过原子力显微镜和透射电子显微镜检测,证实所获得的Si-QDs阵列中Si量子点平均尺寸为6nm,并具有较好的尺寸均匀性(小于10%).在对样品的室温I-V和C-V特性的测量中,直接观测到由于Si量子点中分立能级而引起的共振隧穿和充电效应:I-V特性表现出显著的"微分负阻特性(NDR)";而CV特性中也同样观测到位置相对应、结构相似的峰结构,从而证实了I-V和C-V特性中的峰结构都同样来源于电子与Si量子点阵列中分离能级之间的共振隧穿和充电过程.进一步研究发现,Si量子点阵列中共振隧穿和NDR特性所特有"扫描方向"和"速率"依赖性及其机制,与量子阱的情况有所不同.通过所建立的主方程数值模型,成功地解释并重复了Si量子点阵中共振隧穿所特有的输运特性.     

电子在双垒二极管中的共振隧穿

本文对双垒二极管中的电子隧穿作了数值分析。引入隧穿矩阵，建立了透射系数的公式；利用该公式，计算了隧道电流。此外，本文还分析了势垒结构对伏－安特性的影响。