InP基共振隧穿二极管太赫兹振荡器的设计与实现

利用InP基共振隧穿二极管(RTD)和加载硅透镜的片上天线设计实现了超过1 THz的振荡器。采用Silvaco软件对RTD模型进行仿真研究,分析了不同发射区掺杂浓度、势垒层厚度、隔离层厚度以及势阱层厚度等对器件直流特性的影响规律。对研制的RTD器件直流特性测试显示:峰值电流密度J_(p)为359.2 kA/cm^(2),谷值电流密度J_(v)为135.8 kA/cm^(2),峰谷电流比PVCR为2.64,理论计算得到的器件最大射频输出功率和振荡频率(f_(max))分别为1.71 mW和1.49 THz。利用透镜封装的形式对采用Bow-tie片上天线和RTD设计的太赫兹振荡器进行封装,测试得到振荡频率超过1 THz,输出功率为2.57μW,直流功耗为8.33 mW,是国内首次报道超过1 THz的振荡器。

利用空气桥技术实现InP基共振遂穿二极管器件

优化设计了InGaAs/AlAs/InP共振遂穿二极管(RTD)材料结构,并用MBE设备在(100)半绝缘InP单晶片上生长了RTD外延材料。利用电子束光刻工艺和空气桥互连技术,制作了InP基RTD器件。并在室温下测试了器件的电学特性:峰值电流密度78kA/cm2,峰谷电流比(PVCR)为7.8。利用空气桥互连技术实现该类器件,在国内尚属首次。

InP基共振遂穿二极管研究

在实验中对InGaAs/AlAs/InP共振遂穿二极管(RTD)进行了优化设计,并用MBE设备在(100)半绝缘InP单晶片上生长了RTD外延材料。采用电子束光刻工艺和空气桥互连技术,制作了InP基RTD器件。在室温下测试了器件的电学特性,峰值电流密度24.6kA/cm2,峰谷电流比为8.6。通过MATLAB软件对器件I-V测试曲线进行了数值拟合,结果与实验数据吻合得很好。

共振隧穿型太赫兹波振荡器设计

本文设计的RTD结构,采用目前最新的发射极渐变In含量(GE)结构和集电区隔离层与势垒层之间的高In过渡层(HITL)结构,同时对发射区和集电区进行重掺杂。发射极设计面积为1μm2至几μm2的情况下,通过基于非平衡格林函数法的量子输运模拟器WinGreen模拟,将势阱厚度从4.5nm降低到4nm,峰值电流密度JP从13mA/μm2达到43mA/μm2,输出功率从235μW达到2.625mW。阵列型RTO可实现功率合成,使RTO的功率再增加一个数量级,达到毫瓦甚至几十毫瓦。同时建立包含各种寄生参数的等效电路模型,通过PSPICE工具仿真,得到振荡频率可达1.78THz的仿真结果。

基于共振隧穿二极管的矢量水声传感器设计

提出了一种基于共振隧穿二极管(RTD)的矢量水声传感器,传感器采用共振隧穿二极管作为敏感元件,共振隧穿二极管布置在传感器结构中柱体的四周边缘.两个反方向变化的基于共振隧穿二极管的振荡器的输出信号通过信号处理电路预处理后输入微处理器,计算出声源水平方位角和声压.分析并设计了基于共振隧穿二极管的振荡电路、矢量水声传感器物理结构以及制作工艺,讨论了传感器信号处理方法.

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 。

由RTD/MOSFET构成的压控振荡器的设计与实现

提出了一种基于负阻器件共振隧穿二极管(RTD)与MOSFET结合的新型压控振荡器(VCO),并利用了高级设计系统(ADS)软件对该振荡器的可行性进行了电路仿真,利用分立RTD、MOSFET器件实现了此种VCO,实际调频范围在20～26 MHz之间。RTD与三端器件的连接方式不同可呈现不同的调制I-V特性,这种调制特性对基于RTD的振荡电路的频率也会产生影响。通过深入研究这种调制对振荡电路频率产生的影响,得到多种不同于常规方法的电压控制频率方式,其中一些具有很好的线性度。因此该电路的研究对于RTD在高频、高速振荡电路中的进一步应用具有重要意义。

RTD-HBT高速低功耗环形振荡器的分析

RTD与HBT是高频高速器件,共振隧穿二极管-异质结晶体管(RTD-HBT)环形振荡器有很好的应用前景。详细介绍了RTD-HBT高速低功耗环形振荡器的工作原理,建立了RTD,HBT及RTD-HBT环形振荡器的等效电路模型,并对RTD-HBT环形振荡器用Pspice模拟软件进行了电路模拟。模拟结果与预期结果一致,有助于指导该电路的设计。

InP基RTD太赫兹振荡源及其应用研究进展

紧凑和相干的太赫兹源是太赫兹应用的关键组成,共振隧穿二极管(RTD)是目前振荡频率最高的电子学器件,RTD太赫兹振荡源具有结构紧凑、功耗低、室温工作、有一定输出功率、易集成、覆盖频率较宽等优点。In P基RTD太赫兹振荡源在600 GHz左右的频段内输出功率可达百微瓦量级,可见报道的最高振荡频率为1.92 THz,输出功率0.4μW。RTD振荡源的输出功率可以通过偏置电压进行直接调制,使得其在高容量短距离的太赫兹通信系统中具有很大的优势。目前,In P基RTD太赫兹振荡源成为太赫兹源领域的研究热点。

RTD振荡特性的模拟与研究

为解决共振隧穿二极管(RTD)振荡功率的提高受到稳定性限制的问题,利用高级设计系统(ADS)电路仿真,研究了 RTD 分别与 RLC(电阻、电容、电感)、HEMT(高电子迁移率晶体管)及 HBT(异质结双极晶体管)构成的大信号振荡电路,分析了其负阻、双稳特性产生振荡的机理,探索了 RTD 的连接器件对 RTD 特性的调制作用。研究表明,振荡电压(或电流)的峰值与谷值之差越大,输出电压(或电流)的振荡幅度就越大,且比单纯增大RTD 结面积来增大输出功率的做法有更好的稳定性,据此有望解决功率受限的问题;RTD连接的器件对 RTD 特性的调制作用与连接方式有关,通过改变连接方式可以扩大 RTD 在射频收发系统中的应用。

InP基RTD/HEMT集成的几个关键工艺研究

用MBE设备在半绝缘的InP衬底上依次生长高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料和共振遂穿二极管(RTD)外延材料,在此材料结构基础上研究和分析了RTD与HEMT器件单片集成工艺中的隔离工艺、欧姆接触工艺、HEMT栅挖槽工艺和空气桥工艺等几步关键工艺,给出了这些工艺的相关参数。利用上述工艺成功地制作了RTD和HEMT器件,并在室温下分别测试了RTD器件和HEMT器件的电学特性。测试表明:在室温下,RTD器件的峰电流密度与谷电流密度之比(PVCR)为3.66;HEMT器件的最大跨导约为370 mS/mm,在Vds=1.5 V时的饱和电流约为391 mA/mm。这将为RTD与HEMT的单片集成研究奠定工艺基础。

基于RTD材料结构与参数的RTO设计与模拟

首先对THz波源的共振隧穿二极管(RTD)设计中的关键问题,即从材料与结构出发,对如何提高RTD的截止频率和输出功率进行了分析研究,并利用Win Green软件,仿真设计出具有高振荡频率和输出功率的RTD。在此基础上,采用RTD的共振隧穿理论和缝隙天线的结构模型,利用PSpice仿真软件构建了包含RTD材料与结构参数以及缝隙天线结构参数在内的完整太赫兹振荡器(RTO)的等效电路模型。振荡频率约为1.02THz,输出功率约为88.2μW,本文工作为今后研究该类器件奠定了基础。