III-V共鳴トンネルダイオード（RTD）構造 *s

III-V化合物共鳴トンネルダイオード（RTD）構造に使用される最も初期の材料システムであり、最も広く研究されている材料システムです。他のRTD材料システムと比較して、それらは最高の電気パラメーター（電流と谷の比率、ピーク電流密度、負の抵抗特性など）を持ち、最も有望なRTD材料システムです。 PAM-Xiamenは、共鳴トンネルダイオード構造を備えたGAASまたはINPベースのエピタキシャルウェーファーを生成できます。より多くのパラメーターは、次の表を参照してください。

1。III-V材料システムの共鳴トンネルダイオード構造

1) GaAs ベースの RTD 構造

エピレイヤー	厚さ	ドーピング濃度
n-GaAs	–	–
GaAsの	5nm	–
In0.1Ga0.9As	–	–
GaAsの	–	–
AlAs	–	–
GaAsの	–	–
In0.1Ga0.9As	–	–
GaAsの	–	–
AlAs	–	–
GaAsの	–	UD
In0.1Ga0.9As	–	–
GaAsの	–	–
n-GaAs	–	–
n+GaAs	–	–
SI-GaAs

 

2) InP ベースの RTD 構造

エピレイヤー	厚さ	ドーピング濃度
n+-InGaAs	–	–
n+-InGaAs	–	–
非InGaAs	–	–
AlAs	–	–
InGaAs	–	–
AlAs	–	–
非InGaAs	–	–
n+-InGaAs	–	1×1018cm-3
n+-InGaAs	–	–
半絶縁性InP基板

 

2. Ⅲ～ⅤC複合Material S測温抵抗体用システム

広く使用されているIII-Vグループ化合物Rtd材料システムは、主に次のものが含まれます。

2.1 GAASベースのALXGA1-XAS/INYGA1-YAS共鳴トンネルダイオード

二重バリアシングルウェル（DBSW）構造を採用するALXGA1-XAS/GAASヘテロ接合は、研究者がRTDを製造するために使用する最も初期の素材です。これはまた、理論モデルと輸送プロセスに関する最も徹底的な数値分析と研究、最も成熟したエピタキシャル成長技術、およびデバイスおよび回路アプリケーションで最も広く使用されている共鳴ダイオード材料システムです。

共鳴トンネルに関する理論的研究と実験は、二重バリア単一の井戸構造のバンドシフト（バンドギャップの差）が、RTDの谷の電流比と負の抵抗を谷間電流比と負の抵抗を決定するための鍵であることを示しています。 ALXGA1 XAS/GAASヘテロ接合では、ALXGA1 XASバリアのバンドギャップ幅がX値の変化とともに変化し、障壁とウェルの間の伝導帯域オフセット（伝導帯の不連続性）の変化をもたらします。バリア内のAL成分が大きいほど、バリアとウェルの間の伝導バンドオフセットが大きくなり、デバイスの谷間電流比（PVCR）が大きくなり、量子トンネリングダイオードのスイッチング時間を短縮して動作周波数を改善できます。さらに、原子のGAAS潜在的井戸へのドーピングは、ウェルを深め、バリアウェル間の伝導帯域シフトを増加させ、散乱電流を効果的に抑制し、潜在的なウェル幅を減らし、ピーク電圧を変更せずにトンネル電流密度を増加させることができます。したがって、GAAS Quantum WellsでINGAAS量子井戸を栽培することで、Valleyの電流比のピークを効果的に改善できます。 2つの材料の利点を組み合わせることにより、高性能のALAS/INGAAS/ALAS RTDを生成できます。

2.2 InPベースのR共鳴T解体するDヨード

0.1 GAASヘテロ接合のGAASベースのALAS/と比較して、INPベースのALAS/IN 0.53 GAASヘテロ接合はより大きなバンドシフト（伝導帯域の不連続性）を持ち、より高いPVCRとより高いピーク電流密度（PCD）を備えたRTDデバイスを準備することができます。上記の構造は、一般的に使用されるINPベースのALAS/GAAS RTD材料構造です。通常、GAAS/algaas/ingaas量子共鳴トンネルダイオードの室温PVCRは7ですが、INP/ALINAS/INGAAS RTDの室温PVCRは最大20に達する可能性があり、RTDの動作周波数をさらに改善できます。最近、鈴木等。 900GHzの共振周波数を持つ発振器がINP/ALGAAS/INGAAS RTDを使用して製造されたと報告しました。

近年、HEMT、HBT、光電子スイッチ、検出器などの高速および高頻度のデバイスは、より高い可動性のあるコンポーネントINGAAS材料で大きく成長する能力により、INP基板上で製造することを選択しています。 RTDの高性能、多機能、および高統合特性を組み合わせることにより、INP RTDと前述のINPベースのデバイスを、RTD/HBT統合統合など、単一チップまたは混合統合など、単一チップまたは混合統合を介した高機能、高速アナログサーキット、デジタル回路を備えた高速、高速アナログサーキット、およびデジタル回路に統合できます。回路、周波数仕分け）、RTD/HEMT統合マルチバリューインバースロジック回路、およびRTD/CMOS統合ロジック回路。

2.3 INAS/ALSB/GASB共鳴間バンドトンネリングダイオード

INAS/ALSB/GASB材料システムで作られた共振帯域間トンネリングダイオード（RITD）は、その小さなピーク電圧（0.5V）とピーク電流密度（MAレベル）のために、スイッチング時間が1psのみであるため、ある程度の注目を集めています。 söderströmetal。室温では、この二重バリア構造のピーク対バレー比は3.2：1であると報告されており、ピーク電流密度は3.7×10であると報告されています。⁵午前²、そして共振周波数は712GHzに達する可能性があります。これは、当時のすべての固体発振器の中で最も高い周波数でした。 INAS/ALSB/GASBのバンド構造により、このタイプのRITDは、従来のRTDと比較して谷電流を大幅に抑制し、谷から谷の比率が高くなり、室温で20：1、低温で150：1に達します。

3.共鳴トンネルダイオードの原理について

共鳴トンネルダイオードは、共鳴トンネル構造を備えたダイオードの一種であり、電子は特定のエネルギーレベルで特定の共鳴状態をトンネルできます。現在の電圧特性は、通常、負の差抵抗領域を示します。その特性は、図1に示すように、通常、負の差動抵抗（NDR）領域と2つの正の差動抵抗領域を含む、非常に非線形電流電圧（IV）特性にあります。

この非線形性は、デバイスを介した電子/穴の量子機械的共鳴トンネルの結果ですが、通常、高い相関ドリフト移動度のために電子操作が好まれ、電流密度と最大動作周波数が生じます。 IV特性の正確な形状は、デバイスのサイズ、材料組成、エピタキシャル構造、温度などのさまざまな要因に依存します。負の差動抵抗領域の特性は、IPとIVであり、それぞれピーク電流と谷電流であり、それぞれ対応する電圧VPとVVです。さらに、∆ i = IP - IV（谷の電流差までのピーク）、∆ v = vp - VV（谷電圧差までのピーク）、およびPVCR = IP/IV（Valley電流比のピーク）を使用して説明できます。 NDR領域の電気スパンは、RTDデバイスが負荷に送信できる理論的最大RFパワーを決定します。実際のRF出力電力は、動作周波数、デバイスと回路の寄生成分、インピーダンスマッチング因子など、さまざまな要因に依存します。

図1一般RTDデバイスのRT-IV特性の概略図：量子井戸の第1および第2の準結合共鳴エネルギーレベルを仮定します

トンネリング共鳴ダイオードの基本周波数は2つのTHzに近いです。その主な制限は、通常はマイクロワット範囲での低出力電力ですが、この技術によって生成されたテラヘルツ電力は現在、Milliwatt（MW）範囲にあり、イメージングやギガビットワイヤレス通信システムなどのフィールドで共鳴トンネルダイオードの実用的なアプリケーションを実現しています。

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