概论/共振隧穿二极管
共振隧穿二极管(是最早研制成功的纳米电子器件之一,目前已经将RTD与()结合研制出了多种高速数字电路.共振隧穿二极管的工作原理和特性这是由两个夹有一个量子势阱而构成的一种两端量子器件，它是依靠所谓共振隧穿效应来工作的，具有的伏安特性。现在它已经成为了纳米量子器件的一种基本器件。
RTD特点/共振隧穿二极管
1.高频，高速工作。高速物理机制，RTD本征电容小，有源区短。
2.低工作电压，低功耗。电压为0.5V左右，工作电流为毫安量级，如果材料生长过程中做一个预势垒，电流可降到微安级。
3.负阻，双稳和，负阻为RTD/的基本特性。
4.用少量器件完成多种功能，只用少量器件完成多种逻辑功能，如构成一个异或（XOR）门，需要用33个晶体管2晶体管
逻辑（TTL）或16个互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，如用RTD/只需4个器件。
双异质结共振隧穿二极管/共振隧穿二极管
一层薄的（&20nm），具有较窄带隙的半导体材料（如GaAs、InAs或InGaAs），即所谓的量子阱，夹在两层很薄的（&10nm）具有宽带隙的半导体材料（如AlGaAs、AlSb、AlAs）之间。量子阱的厚度接近德布罗意波长的量级，阱中电子就被限制在分立的能级上（E1，E2等），偏压V=0时热平衡状态的能带。
共振隧穿二极管的分类/共振隧穿二极管
平台型其发射区(E)、双势垒结构(DBS)和(C)位于沿垂直方向不同的层面上。RTD器件由三个台面构成：(1)由发射极接触金属AuGeNi构成的顶层台面，作用是引出发射极接触，在工艺过程中经常作为腐蚀下一层台面的掩蔽金属层；(2)位于n~GaAs层集电极接触台面，以AuGeNi作为引出电极；(3)压焊点台面为了良好的电绝缘和减小寄生电容，压焊点一般设计在半绝缘GaAs衬底上。当偏压增加时，阴极一侧接近势垒的地方形成一 个积累区，在阳极一侧靠近势垒的地方形成耗尽 区。只有很少的电子能隧穿通过双势垒。一旦偏 压达到某个值，使阴极一侧导带中被占据的能态 与阱中空能态齐平，共振就发生了。在这一点， 许多电子能够隧穿通过左边的势垒进入阱中，并 接着隧穿通过右边的势垒进入阳极一侧导带中未 被占据的能态。此过程对应I-V特性A-B段。 当左边的导带边上升高过E1，能够隧穿通过势垒 的电子数剧减。对应I-V特性的B-C段。平面型特点：器件中所有电极接触都位于顶层同一个平面内。这就需要将纵向器件底部的电极通过纵向电流通道引到顶层表面。基于共振隧穿的位移传感器：以A1As／GaAs／A1As共振隧穿双势垒(DBRT)结构薄膜作为力敏元件，设计的一种压阻式。偏压为0.85v的情况下灵敏度为1.V/m，如果DBRT结构换成硅或铜镍合金，设计出同类位移传感器。通过计算，它们的灵敏度分别为0.384l&*104&V/m和0.&V/m。此灵敏度明显高于后两者。当偏压为0.9V时，S=0.&V/m。所以此传感器灵敏度可调。
基于共振隧穿的位移传感器：/共振隧穿二极管
&以A1As／GaAs／A1As共振隧穿双势垒(DBRT)结构薄膜作为力敏元件，设计的一种压阻式微位移传感器。偏压为0.85v的情况下灵敏度为1.V/m，如果DBRT结构换成硅或铜镍合金力敏电阻，设计出同类位移传感器。通过计算，它们的灵敏度分别为0.384l&*104&V/m和0.&V/m。此灵敏度明显高于后两者。当偏压为0.9V时，S=0.&V/m。所以此传感器灵敏度可调。
基于共振隧穿效应的电磁式微机械陀螺仪:/共振隧穿二极管
该陀螺的驱动方式采用电磁驱动，电磁驱动方式利用磁场中产生的安培力来实现,采用共振隧穿二极管所具有的介观压阻效应检测，大幅度提高微陀螺仪的灵敏度；所设计的结构减小了驱动模态和检测模态之间的干扰，很好的解决了机械耦合现象。工作原理：整个陀螺结构放置于z轴方向的匀强磁场中，当驱动导线上通入交变电流时，驱动导线上产生交变驱动力，该交变驱动力的频率与陀螺的固有频率接近；在交变驱动力的作用下，质量块沿着驱动轴(&轴)的方向往复运动，若此时在角速度输人轴(y轴)输入角速度，根据陀螺原理，质量块将会在敏感轴方向(z轴)产生进动，该进动位移量通过组合梁机构在检测梁的根部产生应力变化，通过检测RTD电信号的变化量就可以得到系统在Y方向输入的角速度大小。
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隧穿渡越时间二极管
这是在IMPATT二极管基础上发展起来的一种微波有源器件，它与IMPATT二极管的不同点即在于载流子是通过量子隧道效应注入的，而不是雪崩倍增产生的。
隧穿渡越时间二极管，TUNNETT diode（Tunnel Transit Time Diode）：
工作原理：见图示，对于IMPATT二极管，当加有较大的反向偏压时，能带即倾斜，使得电子势垒升高、并减薄；如果是mm波器件，则漂移区很薄，则p区满带中的电子，可以通过隧道效应注入到漂移区的导带。从而在注入相位延迟和渡越时间延迟的共同作用下，即可产生微波振荡。
TUNNETT二极管由于隧道注入过程所造成的相位延迟比较小，则呈现出的交流负阻也比较小，从而输出功率和转换效率都比较低；但是它不存在有雪崩倍增现象，故噪声很抵。
S. M. Sze (施敏), Kwok K. Ng (伍国珏). Pysics of Semiconductor Devices, 3nd ed. New York: Wilay, 2006; 中译本: 半导体器件物理 (耿莉, 张瑞智译). 西安: 西安交通大学出版社, 2008
清除历史记录关闭共振隧穿器件及电路的研究
本论文的撰写是基于天津大学电信学院新型半导体器件与集成技术组和国防科技重点实验室的合作项目——“新一代化合物半导体器件与电路的研究”进行的。为了探究共振隧穿二极管(RTD)与共振隧穿三极管(RTT)器件的特性,分别在本校实验室和中国电子科技集团第13研究所进行了芯片制作,并对器件进行了测量,对于测试结果做了详细的对比与分析。截至目前为止,本课题组和重点实验室合作,成功研制出高品质的共振隧穿二极管和国内第一只共振隧穿三极管,其电流峰谷比PVCR最高达到47。论文完整的介绍了RTD与RTT的研制过程,从材料设计、版图设计、芯片制作、测试、结果分析等各个方面进行了详细的解释与论述。文章对芯片的测试结果进行了充分的分析与说明,对RTD正反接地造成的I-V特性曲线的差异性和负阻区出现正阻现象进行了探讨,针对RTT器件发射极-集电极正反接地造成的I-V特性曲线的差异性和开启电压VT随栅压漂移的情况进行了讨论。并对共振隧穿器件在电路中的应用理&
(本文共61页)
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共振隧穿器件是新一代的化合物半导体器件。本论文开展了对共振隧穿二极管(RTD)和共振隧穿三极管(RTT)器件的研制和模拟的研究工作,成功研制出四种类型的共振隧穿器件,同时对器件模拟和器件模型、器件测试与可靠性分析、逻辑电路实现等几个方面进行了深入的研究。创新性工作主要包括以下几个方面:1.器件设计和研制方面,成功研制出GaAs基台面型RTD器件,其电流峰谷比(PVCR)室温下达到4.2;提出两种平面型RTD的器件结构——注硼型平面RTD和深刻槽型平面RTD,并在国内首次研制成功GaAs基注硼型平面型RTD器件,其PVCR室温下达到3.5;设计并研制成功GaAs基肖特基栅型RTT器件(SGRTT)和RTD/HEMT串联型RTT器件,测量肖特基栅型RTT的栅极电压对峰值电流调控能力达到7mS,RTD/HEMT串联型RTT的栅极电压对峰值电压调控能力在1.5-7.7范围之间;2.在器件模拟方面,利用ATLAS软件实现了台面RTD和单向...&
(本文共131页)
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随着集成电路的发展以及器件特征尺寸的不断减小,传统的工艺尺寸已经逐渐不能满足跟器件尺寸密切相关的超大规模集成电路VLSI的发展要求,硅片技术迅速发展的势头有可能在十年内(甚至更短的时间)放慢甚至完全停顿下来。为了更大程度提高电路的集成度,使它继续按照摩尔定律和等比例缩小规律发展下去,就必须在器件工艺方面取得更大的突破。共振隧穿器件RTD (Resonant Tunneling Diode)是目前研究得最为充分及热门的量子器件之一,其微分负阻NDR (Negative differential Resistance)的特性使得RTD天生具有超高速、超高频、超高集成度、高效低功耗等优点,不仅在数字电路中具有广泛的应用范围,在射频RF电路中也得到了高度的重视,在未来VLSI领域有着良好的应用前景。本研究课题将以共振隧穿二极管RTD为核心器件,在二值逻辑和多值逻辑领域对具有各种功能的共振隧穿电路进行研究、设计、分析和实现。文章首先构建了...&
(本文共136页)
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共振隧穿二极管(Resonant Tunneling Diode)是基于量子隧穿现象的一种新型负阻器件,它具有响应速度快、工作频率高、工作电压低、功耗低以及功能多等许多令人瞩目的优点。在传统CMOS器件逐步趋近于尺寸限制之时,共振隧穿器件越来越显示出它的重要性。天津大学电信学院新型半导体器件与集成技术研究小组是国内首家研制成功RTD单管的单位。在室温下,其RTD单管的电流峰谷比达到7.6,最高振荡频率达到54GHz。在此基础上,本课题组和国防重点实验室合作,也成功研制出了RTT(共振隧穿晶体管),其电流峰谷比PVCR最高达到47。本文在介绍完超晶格的基本理论知识之后,详细分析和研究了共振隧穿二极管的工作原理,把RTD具有物理意义的电流—电压方程通过PSPICE的电压控制电流源建立起直流模型,并进一步探讨了影响RTD I-V特性的因素,从而加深了对共振隧穿器件的认识。另外针对传统的台面型RTD在结构以及工艺过程中的不足,提出了用新...&
(本文共62页)
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为了更大程度地提高集成电路的集成度，使它能够继续按照摩尔定律和等比例缩小规律发展下去，就必须在器件工艺方面取得更大的突破。对于跟器件尺寸密切相关的超大规模集成电路VLSI来说，传统的工艺尺寸已经逐渐不能满足当前集成电路的发展要求，硅片技术迅速发展的势头有可能在十年内(甚至更短的时间内)放慢以至完全停顿下来。这是因为，随着制作在芯片上的传统晶体管及其它电子元件的尺寸越来越小，各种有害的副作用的影响就越来越突出。而量子器件在这方面有着非常明显的优势，它以其固有的超高速、超高频、超高集成度、高效低功耗等特点，在未来VLSI方面有着及其重要的应用前景，将成为21世纪信息技术的支柱。论文设计了基于RT量子器件的二值与非门与或非门，设计的门电路结构简单，并具有量子器件所具有的速度快、功耗低、集成度高等优点。因此，由它们构成的逻辑电路也具有相同的优点，适合作为大规模集成电路中的单元电路。由于RT量子器件本身所特有的多值特性，因此基于RT器件的...&
(本文共78页)
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本论文的撰写是基于天津大学电信学院新型半导体器件与集成技术组和国防科技重点实验室的合作项目——“谐振隧穿三极管器件结构的研究”进行的。为了探究共振隧穿三极管(RTT)的结构对器件特性的影响,采用ATLAS模拟软件进行器件模拟,在中国电子科技集团第13研究所进行了芯片制作,并对器件进行了测量,对于测试结果做了详细的对比与分析。截至目前为止,本课题组和重点实验室合作,成功研制出国内第一只共振隧穿三极管,其电流峰谷比PVCR最高达到47。论文完整的介绍了RTT的研制过程,从材料设计、版图设计、器件模拟、芯片制作、测试、结果分析以及在电路中的应用等各个方面进行了详细的解释与论述,重点对器件模拟与芯片的测试与分析两个关键环节进行了阐述。在模拟方面,着重对肖特基栅型共振隧穿三极管(SGRTT)和RTD与HEMT结合的RTT两种类型器件进行了仿真,特别是对影响器件特性的重要结构参数和工艺参数进行了模拟分析,如器件发射极的面积、栅极的纵向位置以...&
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