【摘要】：RTD具有高頻高速、微分負(fù)阻、雙穩(wěn)自鎖、能用常規(guī)IC技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)受到廣大學(xué)者的關(guān)注和研究。在改進(jìn)GaN基RTD性能的研究過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)了一種在高壓域內(nèi)表現(xiàn)出密集持續(xù)電流振蕩特性的GaN基RTD,該新型RTD的電學(xué)振蕩特性與光學(xué)Franz-Keldysh振蕩非常類似,故稱之為Franz-Keldysh振蕩二極管,簡(jiǎn)稱FKOD。FKOD較高偏壓域密集電流振蕩特性的研究對(duì)于開辟面向類似人腦思維的量子邏輯應(yīng)用以及基于FKOD的量子邏輯電路研究方向可能具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本文主要針對(duì)FKOD器件出現(xiàn)電流振蕩特性的微觀機(jī)理展開基礎(chǔ)性研究。本文設(shè)計(jì)了具有雙勢(shì)壘單勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的GaN基FKOD器件的基本結(jié)構(gòu),建立了將極化效應(yīng)考慮在內(nèi)的一維薛定諤-泊松方程的FKOD器件物理模型,并通過(guò)Silvaco TCAD進(jìn)行了數(shù)值求解和模型驗(yàn)證。通過(guò)分析總結(jié)不同偏壓下FKOD器件束縛態(tài)和準(zhǔn)自由能級(jí)分布的仿真結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了一種與RTD器件中量子尺寸效應(yīng)不同的非常規(guī)量子尺寸效應(yīng),該非常規(guī)量子尺寸效應(yīng)表現(xiàn)出勢(shì)阱中束縛態(tài)能級(jí)和準(zhǔn)自由能級(jí)隨外加偏壓變化而產(chǎn)生跳變、簡(jiǎn)并和劈裂的現(xiàn)象,是揭示FKOD器件微觀機(jī)理重要理論之一。全面分析不同峰值和谷值偏壓下器件的能帶分布結(jié)果、勢(shì)阱中電子波函數(shù)分布結(jié)果、束縛態(tài)能級(jí)變化以及透射系數(shù)變化等仿真結(jié)果,最終得出結(jié)論:阱中主共振隧穿束縛態(tài)能級(jí)隨偏壓增大不斷下降和透射系數(shù)隨偏壓增大周期性振蕩共同作用,引起了 FKOD高壓域電流持續(xù)振蕩這一行為。對(duì)比分析大量仿真測(cè)試結(jié)果,得出了器件各功能層寬度、勢(shì)阱深度和勢(shì)壘高度、電極區(qū)重?fù)诫s濃度、極化效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)建極化電場(chǎng)這些結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)FKOD器件伏安特性影響的規(guī)律,為以后優(yōu)化FKOD器件性能提供了參考。
【圖文】：

過(guò)去十幾年里，，半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)一直在Ｉｎｔｅｌ、Ｓａｍｓｕｎｇ和ＴＳＭＣ等半導(dǎo)體制造逡逑廠商巨頭的主導(dǎo)下遵循摩爾定律發(fā)展，制程工藝水平不斷提高：從２００７年的４５ｎｍ，２０１１年逡逑的２２ｎｍ到２０１５年的１６／１４ｎｍ，再到現(xiàn)在的１０ｎｍ、７ｎｍ制程，如圖１．１所示［１］。芯片集成度逡逑的提高實(shí)現(xiàn)了更高的信息運(yùn)算和處理速度，降低了芯片的功耗，但也對(duì)制造設(shè)備和工藝條件逡逑提出了更高的要求。近幾年由于晶體管結(jié)構(gòu)、掩膜版精度，光刻圖形和光源波長(zhǎng)等工藝和關(guān)逡逑鍵技術(shù)遭遇瓶頸［２］，以硅基ＣＭＯＳ為代表的集成電路制造發(fā)展勢(shì)頭逐漸放緩甚至停滯，器件逡逑特征尺寸即將達(dá)到物理極限。據(jù)了解，當(dāng)器件尺寸小于５０ｎｍ時(shí)，器件的工作原理將發(fā)生根逡逑本性變化，基于玻爾茲曼輸運(yùn)方程的經(jīng)典和半經(jīng)典理論已不再適用，尺寸接近甚至小于電子逡逑波波長(zhǎng)的器件會(huì)出現(xiàn)庫(kù)倫阻塞、共振隧穿、彈道輸運(yùn)等量子效應(yīng)。因此開發(fā)基于量子效應(yīng)的逡逑納米電子器件過(guò)程中不得不考慮量子尺寸效應(yīng)的影響，納米量子器件取代微電子器件成為發(fā)逡逑展的必然趨勢(shì)［３】。逡逑哪丨丨Ｏ邋ＰＴＯＴＯ—逡逑ｒｙＭｊｐＷ逡逑圖１．１邋Ｉｎｔｅｌ制程工藝路線圖逡逑納米量子器件特征尺寸比微電子器件還要小，通常在幾納米到幾百納米之間，符合未來(lái)逡逑集成電路更小尺寸化、更高集成度的發(fā)展需求

故此，我們稱這種電流振蕩現(xiàn)象為電學(xué)Ｆｒａｎｚ－Ｋｅｌｄｙｓｈ振蕩。而將具有這種高偏壓域逡逑密集電流振蕩特性的ＲＴＤ稱為Ｆｒａｎｚ－Ｋｅｌｄｙｓｈ振蕩二極管，簡(jiǎn)稱ＦＫＯＤ。ＦＫＯＤ器件的結(jié)構(gòu)逡逑圖示意如圖１．３所示。逡逑－邋９發(fā)射bq

本文編號(hào)：2599153