隨著III族氮化物材料和納米量子器件的發(fā)展,基于GaN的共振隧穿二極管(RTD)越來越受到人們的關(guān)注,因為它比基于GaAs的共振隧穿二極管具有更好的性能,如更寬的直接帶隙,更大的帶偏移,更高的峰值電子速度,以及更高的臨界擊穿電壓和熱穩(wěn)定性。本文在對GaN的晶體結(jié)構(gòu)、極化效應(yīng)以及在獲得NDR特性的詳細研究基礎(chǔ)上,選擇初始晶面為a面的GaN作為襯底以及AlGaN/GaN/AlGaN的雙勢壘單阱(DBS)材料結(jié)構(gòu),從而在較低偏置電壓范圍內(nèi)獲得多諧共振隧穿特性,即具有多個NDR特性,并把這種RTD定義為多諧RTD。目前國內(nèi)外對多諧RTD的報道并不多,本文研究的多諧RTD可用于面向純量子邏輯電路方面的應(yīng)用。本文以GaN基雙勢壘多諧RTD為研究對象,并用Slivaco TCAD軟件對所設(shè)計的多諧RTD的器件結(jié)構(gòu)進行仿真。本文重點研究了對稱雙勢壘和非對稱雙勢壘結(jié)構(gòu)對多諧RTD特性的影響。在對稱結(jié)構(gòu)中,仿真結(jié)果表明,由于量子尺寸效應(yīng)的存在,勢阱寬度的改變主要影響多諧RTD負阻區(qū)個數(shù)的變化,所以可以根據(jù)對多諧RTD負阻區(qū)個數(shù)的需求,選擇合適的勢阱寬度;勢壘厚度和勢壘高度的改變影響多諧RTD峰谷電流值、峰... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．２不同類型的ＲＴＤ能帶結(jié)構(gòu)示意圖??

??２．２．ａ、２．２．ｂ）和帶間隧穿（如圖２．２ｃ），其中帶內(nèi)隧穿又可分為空穴型和電子型兩種。??…??ｊ?ｌ——．．．ｒ１：＇ｉｎｎｉ???門?「??．?？???ｊ?？－?４??—??Ｈ?｜?［?廣￣一??￣Ｊ￣Ｉ????ａ．空穴型帶內(nèi)隧穿?ｂ．電子型帶內(nèi)隧穿?ｃ．帶間隧穿??圖２．２不同類型的ＲＴＤ能帶結(jié)構(gòu)示意圖??２．２?ＲＴＤ的工作原理??量子力學(xué)理論表明，當量子阱的寬度近似于德布羅意波長時，阱中的一個能量Ｅ將發(fā)生??量子化［５６１，形成束縛態(tài)能級如圖２．３所示。由圖２．３可以看出，這時形成的束縛態(tài)能級是分立??的并且是不連續(xù)的。????１量子化???能級??發(fā)射區(qū)?｜?ＤＢＳ區(qū)?｜?集電區(qū)??＾１?Ｓ?７Ｔ１?ｎＶＴＴＶＴＴＸ??圖２．３共振隧穿能帶結(jié)構(gòu)圖??量子阱中的能級能量為：??，２?２／?＼２??盡＝士?ｆ＝?…?（２．１）??＾?Ｌ］Ｖ?＾??能量間隔為：??Ａ＾（ｎ＋１），？?＝?Ｅｎ＋ｌ?－Ｅｎ＝＾Ｊ－ｆ＼?［（ｎ?＋１）２?－?ｎ２?］?（２．２）??２ｍ?＼ＬＷ）??發(fā)生共振隧穿的條件為：??Ｅ?＝?Ｅ０＋－＾ｔ－?（Ｅｃ＜Ｅ＜Ｅｆ）?（２．３）??２ｍ??［２？７＊｛Ｅ０?－Ｅｃ）］＾?＜?＜?［２ｍ＊｛Ｅｆ?－Ｅｃ）］＾?（２．４）??式中，Ａ是簡約普朗克常數(shù)，是電子有效質(zhì)量，ＬＷ為量子阱寬度，Ｅ〇為基態(tài)能級能量，??Ｅｃ為發(fā)射區(qū)導(dǎo)帶底能級，ＥＦ為費米能級，ｋｘｙ為隧穿時ｘｙ方向的動量。由式（２．１）和式（２．２）??可知

不會降到０，而是降到一個最低值，電流從峰值降到谷值，從而表現(xiàn)出負微分電阻（ＮＤＲ）??特性。??第四階段，如圖２．４．ｄ所示，當Ｅ＾Ｅｒ＾ｋｏＴ時，由發(fā)射極到集電極方向的共振隧穿現(xiàn)象再??次增強，電流又會隨著電壓的增大而增大。??——?——??Ｐｆｌ?Ｅｈ－３Ｋｆ！??＾?Ｅ〇??＾??—Ｌ－ｉ?—?Ｅｃ?、??Ｅｒ－３Ｋ．Ｔ?????Ｅｃ?????????一??＼???ａ．第一階段?ｂ．第二階段??Ｋ??Ｅｆ－３Ｋ－Ｔ?二＿＿＿＾??—＿＿＾?ｐ?＼??Ｅｃ?＾?Ｅ（?＾?＼??ｖ．?Ｅｆｔ?＿??、Ｌｉ＾：?＼??ｃ．第三階段?ｄ．第四階段??圖２．４?ＲＴＤ隧穿過程的不同階段??２．３?ＲＴＤ的特性??由ＲＴＤ的隨穿過程可知，對雙勢壘單勢阱結(jié)構(gòu)的ＲＴＤ的兩端加不同的偏壓時，其電流??是變化的，其Ｉ－Ｖ特性曲線示意圖如圖２．５所示。??Ｉ／Ａ?Ｉ／Ａ??Ａ／?１／１／??Ｖｏｌｔａｇｅ／Ｖ?Ｖｏｌｌａｇｅ／Ｖ??圖２．５丨－Ｖ特性曲線示意圖?圖２．６理想的丨－Ｖ特性曲線??由圖２．５可以看出，當外加偏壓為零時，其電流也為零，對應(yīng)圖中的Ａ點。隨著外加偏??壓的增大，發(fā)生共振隧穿效應(yīng)，電流也增大，對應(yīng)圖中的Ｂ點。當基態(tài)能級等于發(fā)射區(qū)導(dǎo)帶??底能級，電流達到最大，對應(yīng)圖中的Ｃ點。隨后共振隧穿消失，電流減小，對應(yīng)圖中的Ｄ點。??直到達到谷值，對應(yīng)圖中的Ｅ點。電流隨電壓的增大而逐漸減小，這是呈現(xiàn)的特性就是共振??隧穿器件非常重要的一個特性一一負微分電阻特性（ＮＤＲ）

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：2903946