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。     

Vertical Transport in GaN/AlGaN Resonant Tunneling Diodes and Superlattices

Using the transfer matrix formalism, we have theoretically studied the vertical ballistic transport in GaN/AlGaN resonant tunneling diodes (RTDs) and superlattices with a small number of periods. We have calculated the transmission probability versus the longitudinal electron energy (T–E) and the current density–voltage (J–V) characteristics. Calculations of both T–E and J–V characteristics have been performed for different Al contents in the barriers. The asymmetry effects due to the internal electric field in the barriers are discussed. Applied to the RTD structure, our calculations demonstrate: (i) the increase of the peak-to-valley ratio of the negative differential resistance (NDR) with increasing Al content in the barriers, (ii) the dependence of the J–V resonance values on the current direction, and (iii) the asymmetry of the NDR with respect to the current direction due to the huge internal electric field in the structure. In the case of multiple quantum well structure (MQWS), the calculation results confirm the same trends as in the RTD case when the Al content is varied. In spite of the fact that it is more difficult to analyze the results in the case of MQWS, the obtained calculations demonstrate the applicability of the used model and of the numerical method to study GaN/AlGaN devices based on quantum well (QW) heterostructures. Furthermore, a design of an optimized 7QW structure operating symmetrically whatever the direction of the applied voltage is presented.     

带间共振隧穿二极管(RITD)

带间共振隧穿二极管(RITD)是导带与价带间发生共振隧穿的两端器件,其特点是启始电压VT和峰值电压Vp较低,电流峰谷比PVCR较大。在导出RITD物理模型和其电流密度方程的基础上重点介绍了InAs/AlSb/GaSbⅡ类异质结RITD、n+InAlAs/InGaAs/InAlAs/In-GaAs/p+InAlAsp-n结双势阱Ⅰ类RITD以及δ掺杂RITD三种RITD的器件结构、材料结构、工作原理、器件特性和参数等,并对这三种RITD的特点进行了比较和讨论。     

共振隧穿二极管的压阻特性测试与研究

设计并搭建了检测共振隧穿二极管(RTD)压阻特性的实验系统,测试了RTD结构在不同应力状态下I-V特性曲线的漂移.实验结果表明RTD结构压阻特性的灵敏度大于1×10-8Pa-1.为了更精确地定量表达其压阻特性,研究了同一RTD结构I-V特性的一致性,得到相同环境条件下RTD电阻的最大相对漂移量小于3%,其中1%由测试仪器造成.     

共振隧穿二极管的压阻特性测试与研究

设计并搭建了检测共振隧穿二极管(RTD)压阻特性的实验系统,测试了RTD结构在不同应力状态下I-V特性曲线的漂移.实验结果表明RTD结构压阻特性的灵敏度大于1×10-8Pa-1.为了更精确地定量表达其压阻特性,研究了同一RTD结构I-V特性的一致性,得到相同环境条件下RTD电阻的最大相对漂移量小于3%,其中1%由测试仪器造成.     

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AlAs/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.     

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AlAs/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.     

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.     

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.     

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。     

量子点超辐射发光管研究进展

简要回顾了超辐射发光管(SLD)的发展历史、量子点SLD的提出及优点,介绍了SLD的工作原理、器件结构及表征参数,详细分析了近年来国内外各研究小组在提高量子点SLD性能方面的研究进展。基于自组织量子点的尺寸非均匀分布特征、优化的有源区结构设计以及高的光学质量,量子点SLD目前的研究水平已远远超过量子阱SLD。例如,量子点SLD的输出光谱宽度可达到150nm以上,输出功率可达到百mW量级。简要介绍了SLD在光纤陀螺仪、光学相干断层成像术、光纤通信、宽带外腔可调谐激光器等方面的应用,讨论了量子点SLD研制中存在的问题、解决方法和发展趋势。量子点SLD在展宽光谱和提高输出功率上展示了巨大的潜力,它的成功有力地推动了其他宽增益谱器件的研制。     

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.     

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。     

无凹槽AlGaN/GaN肖特基势垒二极管正向电流输运机制

研究了无凹槽AlGaN/GaN肖特基势垒二极管(SBD)的正向电流输运机制。分别采用Ni/Au和TiN作为阳极金属材料制备了无凹槽AlGaN/GaN SBD,对比了两种SBD的直流特性。并通过测量器件的变温I-V特性,研究了器件的正向电流输运机制。结果表明,TiN-SBD(0.95 V@1 mA·mm^-1)与Ni/Au-SBD(1.15 V@1 mA·mm^-1)相比实现了更低的开启电压,从而改善了正向导通特性。研究发现两种SBD的势垒高度和理想因子都强烈依赖于环境温度,通过引入势垒高度的高斯分布模型解释了这种温度依赖性,验证了正向电流输运机制为与势垒高度不均匀分布相关的热电子发射机制。     

隧穿注入量子点激光器概述

介绍了一种新型的载流子隧穿注入量子点激光器,具体内容涉及量子点激光器研究现状、存在的问题、隧穿注入量子点激光器的工作原理和优势、研究现状等。采用隧穿注入这一新的载流子注入方式,可有效提高量子点激光器的温度特性和高频调制特性。     

Revisiting Hole Injection in Quantum Dot Light-Emitting Diodes

Injecting holes from the hole transport layer (HTL) into the quantum dot (QD) emitting layer in quantum dot light-emitting diodes (QLEDs) is considered challenging due to the presence of a relatively high hole injection barrier at the HTL/QD interface. However, QLEDs with exceptional brightness and efficiency are achieved, prompting a reevaluation of the traditional hole injection mechanisms. This study examines the hole injection mechanism in QLEDs using a combination of experiments and simulations. The results demonstrate that the applied bias significantly reduces the barrier height between the highest occupied molecular orbital level of the HTL and the valence band (VB) of the QDs, facilitating hole injection. The bending of the lowest unoccupied molecular orbital energy level of the HTL at the HTL/QD interface confines electrons within the QD, effectively minimizing leakage current. Additionally, the triangle-shaped potential barrier arising from the bending of the VB energy level of the QDs creates favorable conditions for hole–tunneling injection. Moreover, both simulations and experiments consistently demonstrate that the predominant pathway for hole injection from the HTL to the QDs in the QLED device involved thermally assisted tunneling. This study is important to understand the hole injection mechanism in QLEDs.     

SiGe/Ge/SiGe异质结构中自旋极化输运特性的模拟

利用蒙特卡罗方法对SiGe/Ge/SiGe异质结构的自旋极化输运特性进行了模拟研究．在Ge沟道调制掺杂异质结构形成的二维空穴气中,空穴的自旋进动主要受Rashba自旋轨道相互作用控制．在77～300K的温度范围内,对自旋散射长度、自旋极化率等自旋极化输运特性进行了研究．模拟结果显示,低温和窄宽度沟道有利于减小散射对自旋极化输运的影响,避免自旋极化率衰减,增大自旋散射长度．栅控的漏端电流自旋相关效应使器件跨导增大,并产生负跨导效应．     

SiGe/Ge/SiGe异质结构中自旋极化输运特性的模拟

利用蒙特卡罗方法对SiGe/Ge/SiGe异质结构的自旋极化输运特性进行了模拟研究.在Ge沟道调制掺杂异质结构形成的二维空穴气中,空穴的自旋进动主要受Rashba自旋轨道相互作用控制.在77～300K的温度范围内,对自旋散射长度、自旋极化率等自旋极化输运特性进行了研究.模拟结果显示,低温和窄宽度沟道有利于减小散射对自旋极化输运的影响,避免自旋极化率衰减,增大自旋散射长度.栅控的漏端电流自旋相关效应使器件跨导增大,并产生负跨导效应.     

SiGe HBT传输电流模型研究

基于SiGe异质结双极晶体管(HBT)大信号等效电路模型,建立了SiGe HBT传输电流模型.重点考虑发射结能带的不连续对载流子输运产生的影响,通过求解流过发射结界面的载流子密度,建立了SiGe HBT传输电流模型.该模型物理意义清晰,拓扑结构简单.对该模型进行了模拟,模拟结果与文献报道的结果符合得较好.将该模型嵌入PSPICE软件中,实现了对SiGe HBT器件与电路的模拟分析,并对器件进行了直流分析,分析结果与文献报道的结果符合得较好.