GaAs基双势垒超晶格量子阱RTD器件研究

摘要

RTD(Resonant Tunneling Diode)是一种具有微分负阻效应的纳米器件，具有负阻、双稳自锁、高频高速、低压低功耗等特性。目前关于RTD在集成电路领域应用已投入了大量的研究，并已经取得了一些应用成果。随着MBE(分子束外延)、MOCVD(金属有机物化学气相淀积)等精密生长技术的发展，RTD已经成为了率先投入生产的纳米量子器件之一。但由于国内对RTD理论和应用的研究还比较欠缺，工艺上原子级精度的集成外延控制技术还有待改善，使得制造出的RTD性能不是很理想。　　本文以GaAs基RTD为研究对象，首先概述了RTD的国内外研究现状，比较详细的探讨了其电流传输机理，并建立了GaAs基器件结构和物理机理的电学特性数学模型；在此基础上初步设计了比较合理的GaAs基RTD器件结构；使用SILVACO公司的器件仿真软件Atlas对此结构进行了器件的电学特性仿真，研究透射系数与外加偏压以及材料结构参数之间的关系，NDR(微分负阻特性)随材料结构参数(主要包括势垒宽度、势阱宽度以及集电极和发射极掺杂浓度等)以及势垒高度等的变化规律。通过理论计算和仿真优化，初步总结了对称DBS(双势垒单势阱) RTD中适合低压低功耗的多值逻辑电路应用的比较的合理的材料结构参数。　　为了降低RTD的峰、谷值电压和非共振隧穿电流，更好的应用于多值逻辑电路中，本文提出了一种改进方法，主要是采用非对称双势垒RTD结构，通过改变非对称RTD势垒高度和势垒宽度，在反向偏压下实现提高透射系数，进一步降低峰值电压和非共振隧穿电流。并最终提出采用GaAs/AlGaAs基双势垒RTD实现多值逻辑电路设计所需的材料参数。

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第一章 绪论

1.1 纳米半导体材料

1.2 RTD的基本特点

1.3 MBE技术

1.4 RTD的研究背景以及现状

1.5 论文的主要研究内容

第二章 RTD概述

2.1 RTD的材料介绍

2.2 RTD的基本结构及工作原理

2.3 RTD的电流和电压

2.4 RTD的两种隧穿物理模型

2.5 RTD的隧穿模式特征

2.6 RTD的电荷积累效应

2.7 RTD的参数

第三章 对称双势垒RTD直流特性研究

3.1 Atlas中模拟GaAs共振隧穿二极管的方法

3.2 GaAs共振隧穿二极管的器件结构及建模

3.3 GaAs共振隧穿二极管的透射几率仿真

3.4材料结构参数对RTD直流特性的影响

3.5 面向MVL设计应用的RTD器件参数窗口

第四章 非对称结构的RTD特性的研究

4.1 非对称结构的器件建模与能带结构

4.2 非对称结构的仿真与验证

4.3 非对称结构的正反特性分析

4.4 AlGaAs/GaAs非对称RTD器件的制作

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

附录