發(fā)布時間：2020-03-25 01:08

【摘要】：RTD具有高頻高速、微分負阻、雙穩(wěn)自鎖、能用常規(guī)IC技術(shù)進行設(shè)計和制造等優(yōu)點,近年來受到廣大學者的關(guān)注和研究。在改進GaN基RTD性能的研究過程中,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的電學振蕩特性與光學Franz-Keldysh振蕩非常類似,故稱之為Franz-Keldysh振蕩二極管,簡稱FKOD。FKOD較高偏壓域密集電流振蕩特性的研究對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)實意義。本文主要針對FKOD器件出現(xiàn)電流振蕩特性的微觀機理展開基礎(chǔ)性研究。本文設(shè)計了具有雙勢壘單勢阱結(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Silvaco TCAD進行了數(shù)值求解和模型驗證。通過分析總結(jié)不同偏壓下FKOD器件束縛態(tài)和準自由能級分布的仿真結(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)出勢阱中束縛態(tài)能級和準自由能級隨外加偏壓變化而產(chǎn)生跳變、簡并和劈裂的現(xiàn)象,是揭示FKOD器件微觀機理重要理論之一。全面分析不同峰值和谷值偏壓下器件的能帶分布結(jié)果、勢阱中電子波函數(shù)分布結(jié)果、束縛態(tài)能級變化以及透射系數(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。對比分析大量仿真測試結(jié)果,得出了器件各功能層寬度、勢阱深度和勢壘高度、電極區(qū)重摻雜濃度、極化效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)建極化電場這些結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對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】：

過去十幾年里，，半導體集成電路制造技術(shù)一直在Ｉｎｔｅｌ、Ｓａｍｓｕｎｇ和ＴＳＭＣ等半導體制造逡逑廠商巨頭的主導下遵循摩爾定律發(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現(xiàn)了更高的信息運算和處理速度，降低了芯片的功耗，但也對制造設(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)展勢頭逐漸放緩甚至停滯，器件逡逑特征尺寸即將達到物理極限。據(jù)了解，當器件尺寸小于５０ｎｍ時，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的器件會出現(xiàn)庫倫阻塞、共振隧穿、彈道輸運等量子效應(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［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：2599153