基于共振隧穿二极管的太赫兹技术研究进展

共振隧穿二极管(Resonant Tunneling Diode, RTD)是一种基于量子隧穿效应的半导体器件,同时具有非线性特性和负阻特性,通过改变偏置电压可以作为太赫兹源和太赫兹探测器,在未来6G技术中通信感知一体化方面具有优势。简要总结了基于RTD实现的器件的工作原理,对基于RTD实现的太赫兹源和太赫兹探测器、太赫兹通信系统以及太赫兹雷达系统等太赫兹技术的研究进展进行介绍,并对当前存在的技术挑战和未来的发展方向进行探讨。基于RTD的太赫兹技术凭借其突出的优势,将成为未来电子器件领域重要的发展方向。

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。

共振隧穿二极管

设计并研制出室温工作的共振隧穿二极管,室温电流峰谷比达到7.6:1,最高振荡频率为54GHz。本文对RTD的设计、研制过程、参数和特性测试进行了系统的分析和说明。

共振隧穿二极管(RTD)I-V特性的几个问题

对作者研制的 RTD进行了 I-V特性测量 ,并重点分析了 :(1 ) I-V特性的湿度效应 ;(2 )负阻区“表观正阻”现象 ;(3 )用负阻值估算开关时间。以上问题的分析对

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.

共振隧穿二极管的设计和研制

用分子束外延在半绝缘砷化镓上生长两垒一阱结构,制成RTD单管。经过材料生长设计、工艺设计和版图设计几方面的改进,测得最高振荡频率已达54GHz。

共振隧穿二极管交流小信号模型的建立

建立了用于电路模拟的共振隧穿二极管交流小信号模型 ,并利用 PSPICE电路模拟软件着重模拟分析了其交流特性及其微带振荡器的特性 ,模拟结果与实验数据吻合得较好 。

基于共振隧穿二极管的GaAs基压力传感器研制

为了突破传统的机电转换效应的宏观物理局限,为更高灵敏度、更低功耗的微/纳机电压力传感器的设计提供理论、工艺及实验依据,首次设计并利用微机械控制孔技术加工制作了基于AlAs/InxGa1-xAs/GaAs共振隧穿二极管(RTD)的GaAs基薄膜压力传感器,实现了RTD工艺与微机械加工技术的工艺集成.测试结果表明:该压力传感器的线性灵敏度达到0.1mV/kPa.

量子共振隧穿二极管的频率特性与分析

用 HP8 510 C网络分析仪测量了 Al As/In Ga As/Al As共振隧穿二极管的 S参数 ,通过实测曲线拟合提取器件等效电路参数 ,计算出所研制器件的阻性截止频率为 54GHz。

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A1As／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Ⅰ-Ⅴ特性的一致性测试与研究

共振隧穿二极管(RTD)具有类似于硅的压阻特性。为了定量表达RTD的压阻特性,对其Ⅰ-Ⅴ特性一致性的研究显得十分必要。文中设计一个恒温、恒压实验测试系统,测试同一个RTD结构在不同时间的Ⅰ-Ⅴ特性。实验结果表明,RTD结构的电阻在不同时间的最大相对漂移量小于3％。随后测试仪器的测量误差,发现其中1％的相对漂移量由测试仪器造成。

基于共振隧穿二极管的蔡氏电路设计研究

首次提出一种基于共振隧穿二极管的蔡氏电路。利用共振隧穿二极管(RTD)的负微分电阻特性,采用驱动点特性合成的方法,实现了蔡氏电路中的分段线性电阻,通过一组参数的选取,进而实现了蔡氏电路,并用PSpice模拟软件进行了仿真验证。相对于用传统方法实现的蔡氏电路,基于RTD的蔡氏电路具有电路结构更加简洁、便于集成的特点。

高性能InGaAs/AlAs共振隧穿二极管的研制与器件模拟分析

在半绝缘的InP衬底上采用分子束外延的方法生长制备了不同势垒厚度的RTD材料样品,室温下测量的最高峰-谷电流比为18.39.通过模拟得到RTD直流特性与势垒厚度、势阱材料及厚度、隔离层厚度以及掺杂浓度间的关系,对结果进行了分析与讨论.

基于共振隧穿二极管的应力检测方法

共振隧穿二极管(RTD)具有微分负阻效应,且其共振隧穿的I-V特性随着应力的变化而变化,这就是RTD的压阻效应.与半导体材料压阻效应的应用类似,RTD也可用于应力检测.文中研究了两种基于RTD的应力检测方法.在讨论频率-应力检测法的基础上提出了一种新颖的应力检测方法——惠斯通RTD电桥检测法.测试结果表明,基于惠斯通RTD电桥检测法得到的压阻灵敏度随偏置电压可调,可调范围达到三个数量级.

共振隧穿二极管串联电阻测量方法的比较与分析

介绍了采用3种测量GaAs基RTD器件的串联电阻参数的方法:温度特性法、外加电阻法和电桥法.研究发现,不同的测试手段,得到的串联电阻值存在较大差异.对每种测量方法的原理进行了比较分析,由于3种方法分别针对RTD的不同电流区域进行测量,因而串联电阻会随着测量区域的改变而变化,导致测量结果不一致.对于RTD的不同用途要采用对应的测试方法,这为RTD在电路方面的应用奠定了基础.

基于共振隧穿二极管的蔡氏电路及其应用

利用共振隧穿二极管(RTD)的负微分电阻特性,采用驱动点特性合成的方法,实现了蔡氏电路中的分段线性电阻,通过一组参数的选取,进而实现了蔡氏电路,在设计蔡氏电路的基础上,利用耦合同步法实现了2个蔡氏电路之间的混沌同步,最后研究了他在保密通信中的应用,并用SPICE模拟软件进行了仿真验证。相对于用传统方法实现的蔡氏电路,基于RTD的蔡氏电路及其保密通信电路具有电路结构简单的特点。

共振隧穿二极管型光探测器和光调制器

将共振隧穿二极管(RTD)的核心结构——双势垒系统与光探测器和调制器的原理相结合可构成共振隧穿光探测器和共振隧穿光调制器。这些器件既保持了RTD高频、高速的特点,同时又具备了光探测器和光调制器原有的功能,可用于光电集成电路。介绍了这种具有代表性的RTD型光电器件的工作原理、器件结构、制造工艺、器件参数测试等,为此类器件在国内的设计和研制奠定基础。

基于共振隧穿二极管的阈值逻辑单元电路设计

共振隧穿二极管作为较为成熟的纳米电子器件,已被广泛应用于高速低功耗电路。由于其具有负内阻特性,单一门电路的功能大大增加,减少了电路的复杂度。在阈值逻辑函数的硬件实现方面,共振隧穿器件也体现出显著的优势。结合谱技术,基于共振隧穿二极管,设计了可实现任意三变量阈值逻辑函数的阈值逻辑单元电路。该电路还可作为阈值逻辑网络中的基本单元,实现复杂的逻辑功能。通过HSPICE软件,仿真验证了所设计电路的正确性。

基于共振隧穿二极管的微加速度传感器设计

介绍了共振隧穿效应,并在此基础上利用共振隧穿二极管(RTD)设计了共振隧穿压阻式的微加速度传感器实验检测方案。对所设计的微加速度传感器进行加速度的电压输出线性度、频率响应以及不同偏压下加速度计的灵敏度等进行全面系统测试,并且进行了高低温试验、冲击响应对比分析等相关试验。研究结果为共振隧穿加速度传感器提供了全面、准确的数据,为压阻式RTD传感器的研究提供了可靠依据。

共振隧穿二极管的材料结构设计——共振隧穿器件讲座(5)

在系统细致分析RTD材料结构参数与器件特性参数关系的基础上,确立了RTD材料结构的设计原则和设计方法,并对以SI-GaAs为衬底的RTD分子束外延(MBE)材料生长结构进行了设计。所研制出的RTD参数实测结果证实了此设计方法是正确的。