半导体量子阱共振隧穿特性分析
量子隧穿效应与半导体器件
量子隧穿效应与半导体器件随着科技的不断进步，半导体器件已经成为现代电子设备中不可或缺的组成部分。
而在半导体器件研究和发展的过程中，量子隧穿效应起着重要的作用。
量子隧穿效应是一个引人入胜的现象，对于我们理解半导体器件的工作原理和性能具有重要意义。
首先，让我们来了解一下量子隧穿效应的基本原理。
量子隧穿效应是指量子粒子（如电子）在经典物理学中不可能发生的情况下，通过在势垒中“穿越”到另一侧的现象。
这是由于量子力学中的不确定性原理决定的，即在微观尺度下，无法准确测量粒子的位置和动量。
当一个粒子遇到一个高势垒时，根据经典物理学的观点，它应该被完全反射。
然而，根据量子力学的观点，粒子可以以一定的概率穿过势垒，出现在势垒的另一侧。
这就是量子隧穿效应。
量子隧穿效应在半导体器件中的应用非常广泛。
以隧穿二极管为例，它是一种特殊的二极管，利用量子隧穿效应可以实现电流在势垒中的穿越。
当势垒宽度较窄时，电子具有足够的能量来在势垒中穿越，从而产生较大的电流。
这使得隧穿二极管在高频电路、低功耗电路等领域具有广泛的应用前景。
此外，量子隧穿效应还被应用于隧穿场效应晶体管（TFET）和隧穿复合双极型晶体管（BCT）等新型器件的研发。
TFET利用量子隧穿效应来实现电流的开关，相比传统的MOSFET，具有更低的开口压降和更小的功耗。
BCT则结合了晶体管和隧穿二极管的特性，将隧穿效应应用于放大器和逻辑电路中，从而实现更快的开关速度和更低的功耗。
除了在器件的研发中应用量子隧穿效应，科学家们也在探索如何利用量子隧穿效应来提高半导体器件的性能。
例如，研究人员发现在纳米尺度下，金属-绝缘体-半导体结构中的电子隧穿效应对于提高半导体器件的导电性能至关重要。
此外，量子隧穿效应还被用于制造非易失性存储器，如闪存和DRAM，以实现更高的存储密度和更小的尺寸。
虽然量子隧穿效应在半导体器件中的应用非常广泛，但是仍然存在一些挑战和限制。
首先，量子隧穿效应是一个碰运气的过程，其概率和几率性导致了不稳定性和可变性。
半导体隧穿效应原理
半导体隧穿效应原理介绍半导体隧穿效应是指当材料的能带结构满足一定的条件时，电子可以通过禁带直接从价带隧穿到导带，形成电流。
这种效应是量子力学的结果，广泛应用于半导体器件中，如隧道二极管和隧道场效应晶体管等。
本文将深入探讨半导体隧穿效应的原理及其在器件中的应用。
半导体能带结构为了理解半导体隧穿效应的原理，首先需要了解半导体的能带结构。
半导体材料的能带结构可以通过能带图来表示。
能带图是一个横轴表示能量，纵轴表示能量对应的状态密度的图像。
价带和导带在能带图中，通常会有两条重要的能带，分别是价带和导带。
价带是指在低能量区域，存在着一系列能级，这些能级中的电子处于束缚状态，难以移动。
导带则是在高能量区域，存在着一系列能级，这些能级中的电子可以自由移动。
禁带在价带和导带之间存在一个能量间隔，被称为禁带。
禁带宽度决定了半导体材料的导电性质。
根据禁带宽度的大小，将半导体材料分为导体、绝缘体和半导体三类。
导体的禁带宽度为0，而绝缘体的禁带宽度很大，电子难以跃迁到导带。
半导体的禁带宽度介于二者之间，使得在适当条件下，能够发生电子跃迁。
半导体隧穿效应原理在一些特殊的情况下，半导体材料的禁带宽度相对较小，以至于电子可以通过禁带直接从价带隧穿到导带，形成电流。
这种现象被称为半导体隧穿效应。
能带弯曲在某些情况下，半导体材料中可能存在着能带弯曲的现象。
能带弯曲会导致禁带宽度的降低，从而使电子更容易跃迁到导带。
倒向偏置在隧道二极管等器件中，常常会将PN结处于倒向偏置。
倒向偏置会使得PN结区域的禁带宽度进一步缩小，增加了隧穿电流的可能性。
隧穿电流当半导体材料中的电子具有足够的能量时，它们可以通过禁带直接从价带隧穿到导带。
这种电子隧穿形成的电流被称为隧穿电流。
隧穿电流的大小与禁带宽度、电子能级、温度等因素相关。
隧道二极管隧道二极管是一种利用隧穿效应的器件。
它由PN结组成，并且在倒向偏置下工作。
隧道二极管的特殊结构使得电流可以通过禁带直接隧穿而不需要经过传统的弯曲路径，从而具有较低的电压损耗和快速的开关速度。
浅述共振隧穿I-V输运特性及其器件应用
浅述共振隧穿I-V输运特性及其器件应用共振隧穿与共振隧穿器件的思想最早是由Esaki和Tchu提出的，近年来，随着纳米电子技术的飞速发展，共振隧穿理论及相关器件应用发展迅猛。
而由于自身优良的特性，在已经研制出的几种纳米器件中，共振隧穿二极管（RTD）可能是在数字电路中应用最有前景的候选者，应用前景十分诱人。
本文将浅述共振隧穿I-V输运特性及RTD等相关器件的应用。
一、共振隧穿理论及其器件的发展概况1969年，Tsu和Esaki首先从理论上预测到，在半导体异质结构中会产生共振隧穿（RT）现象。
共振隧穿是指在某一个能量值，电子的隧穿概率出现尖锐峰值。
这种现象类似于光通过两个平行界面构成像法布里-珀罗标准具这样的光学滤波器一样，光强作为波长的函数，形成尖锐的跃迁峰值。
他们预测，给GaAs/ AlxGa1-xAs双或多势垒结构加上偏置，电流-电压（I-V）之间的关系会类似于Esaki二极管，出现负微分电阻特性（NDR）。
如右图所示。
后来IBM首次在低温下，在MBE生长的异质半导体双势垒结构中观察到相当微弱的共振隧穿现象——I-V特性中的负微分电阻（NDR）。
但要想观察到较为显著的NDR 现象非常困难，因此并不能很好地证明理论所预测的共振隧穿现象。
随后经过理论研究的进步及技术革新，GaAs/AlGaAs界面工艺水平得到极大提升，从而研制出性能更加优良的共振隧穿二极管（RTD）和共振隧穿三极管(RTT)。
这些器件室温下也具有大电流峰谷比率的NDR现象和多个NDR峰和谷，从而使得共振隧穿理论及其器件的发展达到比较成熟的阶段。
二、共振隧穿I-V输运特性如下左图所示，从A到B为正微分电阻，从B以后，电流随着电压增加而显著减少，出现NDR现象，如I-V特性曲线图所示开始出现负微分电阻。
下右显示的是I-V特性的测量值和理论值。
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。
电子在半导体材料中的隧穿行为分析
电子在半导体材料中的隧穿行为分析在半导体物理学中，隧穿效应（tunneling effect）是一个重要的现象。
它描述了在半导体材料中，电子能够通过一个能量屏障，即使其能量小于能量屏障的高度。
隧穿效应的发现可以追溯到二十世纪初，当时人们对于半导体材料的电学特性还了解得不多。
然而，隧穿效应的发现改变了这一切。
它揭示了电子在半导体材料中的运动方式，并为半导体器件的设计与应用提供了新的思路。
在半导体材料中，隧穿效应可以通过数学模型和物理实验来解释和验证。
从数学模型的角度来看，根据量子力学的原理，隧穿效应可以用薛定谔方程进行描述。
薛定谔方程考虑了电子波函数的行为，它能够表征电子在隧穿过程中的行为。
从物理实验的角度来看，科学家们通过一系列实验验证了隧穿效应的存在。
其中最有名的实验之一是斯特恩-格拉赫实验。
这个实验利用了隧穿效应，在一个类似电容的器件中观察到了电子传输的迹象。
在实际应用方面，隧穿效应在半导体器件的工作原理中起着关键的作用。
例如，隧穿二极管（tunnel diode）就是利用隧穿效应设计而成的。
隧穿二极管具有非常特殊的电流-电压特性曲线，其在负电压区域显示出负电阻的现象。
这使得隧穿二极管在高频电路和微波电路中广泛应用。
此外，隧穿效应还在存储器、快速开关和量子计算等领域有着重要的应用。
例如，在随机存取存储器（RAM）中，电子通过隧穿效应可以在储存单元之间传输，实现信息的读写操作。
在快速开关电路中，隧穿效应可实现快速电流开启和关闭的功能。
隧穿效应的研究也带来了对半导体材料性能的深入理解。
通过分析隧穿效应，我们可以研究半导体材料的能带结构、禁带宽度和载流子浓度等物理参数。
这对于半导体器件的设计、优化和性能改进具有重要意义。
尽管隧穿效应已经被广泛应用于半导体技术和电子学领域，但仍然存在一些挑战和待解决的问题。
例如，隧穿效应在纳米尺度器件中的行为需要更深入的研究。
此外，如何在实际应用中减小隧穿效应的影响，以提高器件的性能和可靠性，也是一个亟待解决的问题。
《多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿》范文
《多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿》篇一一、引言在当今的半导体材料研究中，光学声子辅助的共振隧穿现象已经引起了广泛的关注。
特别是在多层半导体材料中，此现象由于其潜在的量子电子学和纳米技术领域的应用而成为研究的热点。
本篇论文的目标就是深入研究这种在多层半导体材料中光学声子辅助的共振隧穿现象，分析其性质，探讨其应用。
二、多层半导体材料概述多层半导体材料是由多个薄层半导体材料叠加而成，其电子结构与单层材料相比更为复杂。
每层之间的相互作用和界面效应都可能影响电子的传输行为。
同时，由于各层之间的物理性质可能存在差异，这种差异将导致特殊的电子传输特性。
三、光学声子辅助的共振隧穿光学声子辅助的共振隧穿是一种特殊的电子传输机制。
在多层半导体材料中，当光子能量与电子在两层之间的能量差相匹配时，光子可以激发电子从一层跃迁到另一层，这种跃迁过程伴随着声子的产生或吸收。
这种过程称为光学声子辅助的共振隧穿。
四、理论模型与分析在多层半导体材料中，我们采用理论模型对光学声子辅助的共振隧穿进行研究。
模型包括多层结构中各层的电子能级、电子的跃迁过程以及声子的产生和吸收等过程。
我们分析了在不同条件下的隧穿概率，并考虑了温度、电场、材料性质等因素对隧穿过程的影响。
通过数值模拟，我们得出了隧穿电流与电压、频率等参数的关系。
五、实验结果与讨论我们通过实验验证了理论模型的正确性。
我们制备了不同结构的多层半导体材料，并测量了其光学声子辅助的共振隧穿特性。
实验结果表明，理论模型能够很好地描述实验结果。
此外，我们还研究了温度对隧穿概率的影响，发现随着温度的升高，隧穿概率逐渐减小。
这是因为高温下的声子产生和吸收的能量损耗导致。
同时我们还观察到频率、电场强度等参数对隧穿过程的影响，这些都验证了理论模型的有效性。
六、应用前景与挑战光学声子辅助的共振隧穿在半导体材料的应用领域有着广泛的前景。
例如，它可以用于太阳能电池、光电器件、光存储器等设备中，以提高设备的效率和性能。
半导体量子阱共振隧穿特性分析
半导体量子阱共振隧穿特性分析刘 宇1,李志坚1,周光辉2(1.湖南省第一师范学校物理与电子学系,中国长沙 410002;2.湖南师范大学物理与信息科学学院,中国长沙 410081)摘 要 用双势垒模型研究了半导体异质结量子阱的隧穿特性.利用电子波函数的连接条件,先计算出电子通过一简单方势垒的隧穿几率,再利用转移矩阵方法得到电子通过双势垒的隧穿几率.所得结果能较好地解释半导体量子阱结构中的共振隧穿现象.关键词 量子阱;双势垒;隧穿几率;转移矩阵中图分类号 TN201 文献标识码 A 文章编号 1000 2537(2006)04 0031 04Resonan t Tunne ling Characteristics for aSemiconductor Quan tum WellLI U Yu 1,LI Zhi jian 1,Z HOU Guang hui2(1.Department of Physics and Electronics,Hunan Firs t Normal School,Changsha 410002,China;2.College of Physics and Informations Science,Hunan Normal University,Changsha 410081,China)Abstract The tunneling characteristics of the semicondoctor quantum well through a double barrier potential model is studied.First,the transmission probability for an electron tunneling through a single rectangular barrier is calculated by the c ontinuous condition of the wave function,then the transmission probability for an electron transverses through a dou ble barrier structure is also obtained by means of transfer matrix.The results obtained can explain the phenomenon of res onant tunneling for the semiconductor quantum well structures.Key words quantum well;double barrier potential;tunneling probability;transfer matrix量子隧穿的概念与量子力学这门学科的历史一样悠久.量子隧穿(道)效应是,对于微观粒子,即使其能量比势垒高度低,仍有一定的几率穿过势垒.量子隧穿效应在介观纳米体系中普遍存在,而且有重要的应用背景.由于材料制备科学的发展,人们可以在实验室制造出原先只有在量子力学课本[1]或习题中存在的一些人工量子结构,其中一种典型的结构就是半导体异质结(超晶格)量子阱结构[2].基于分子束外延(MB E)和金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)等新生长技术的超薄层微结构材料的研究,先是从晶格匹配的 ~ 族材料体系开始的.GaAlAs Ga As 、InGaAs InP 和InGaAsP InP 等半导体超晶格是目前研究得最多和比较成熟的材料体系.异质结能带边不连续性决定了电子被限制在一个人工量子阱中,在该结构中电子发生共振隧穿现象[3]一直是人们关注的量子效应.本文用一双势垒结构作为量子阱的理想模型,研究半导体异质结量子阱中电子的隧穿特性.先利用电子波函数的连接条件,计算出电子通过一简单方垫垒的隧穿几率,再利用转移矩阵方法得到电子通过双势垒的隧穿几率表达式.所得结果能较好地解释半导体量子阱结构中的共振隧穿现象.收稿日期:2006 08 17基金项目:湖南省教育厅科研基金资助项目(04A031)2006年12月第29卷第4期湖南师范大学自然科学学报Journal of Natural Science of Hunan Normal UniversityVol.29 No.4Dec.,20061 单势垒量子隧穿为了便于分析问题,本文先讨论单势垒的隧穿情况,考虑在一维空间(x)运动的电子,其势能为一势垒结构,即在有限区域(0<x<l)内等于常量v0,而在这区域外面等于零.设入射电子质量和能量分别为m和E,则电子满足的定态薛定谔方程为-22md2d x2+V(x) (x)=E (x),(1)其解可分区域表示为(x)=A e ikx+B e-lkx,x<0C e r x+D e-r x, 0<x<lE e ikx+F e-ikx,x>l(2)的形式,其中k=2mE 2,r=2m(v0-E) 2电子波矢.利用波函数及其微商在x=0处连续的条件来确定波函数(2)中系数,相应的方程组为A+B=C+D,ikA-ikB=rC+rD,其解可表示为A=121+rikC+121-rikD,B=121-rikC+121+rikD,或写成矩阵形式AB =121+rik121-rik121-rik121+rikCD=M1CD.(3)在x=l处,同样利用波函数的连续性可得C e rl+D e-rl=E e ikl+F e-ikl,r(C e rl-D e-rl)=ik(E e ik-F e-ikl l).同理,写成矩阵形式CD=ik+r2r e(ik-r)l r-ik2r e-(ik+r)lr-ik2re(ik+r)lik-r2re-(ik-r)lEF=M2EF.(4)由(3)及(4)式可得AB=M1M2EF=M11M12M21M22EF=MEF.(5)我们把M定义为转移矩阵[4],实际上为隧穿矩阵,其矩阵元为M11=r+ik2ik !r+ik2re(ik-r)l+ik-r2ik!r-ik2re(ik+r)l=cosh(rl)-i(k2-r2)2kr sinh(rl)eikl,(6)M21=ik-r2ik!ik+r2re(ik-r)l+r+ik2ik!r-ik2re(ik+r)l=i2r2+k2rksinh(rl)e ikl,M22=M*11,M12=M*21.上式中星号表示复共轭.很容易验证矩阵M的行列式值为1.隧穿率定义为隧穿几率流密度与入射几率流密度之比[1],即T E=|E|2|A|2=1|M11|2.(7) 32 湖南师范大学自然科学学报 第29卷因为在考虑电子由左入射时,右边没有反射流,所以F =0.这时A =M 11E .把(6)代入(7)式有T E =cosh 2(rl )+k 2-r22krsinh 2(rl )-1=11+k 2-r 22kr2sinh 2(rl ).如势垒很薄,这时rl 1,将有较大的隧穿系数 T E ∀11+k 2l 22.对相反情况,rl 1有T E ∀4kr k 2+r22e -2rl #e -2rl2m (v 0-E )2,即隧穿系数呈指数衰减.2 双势垒量子阱的隧穿现在我们考虑电子通过两个相同势垒,即量子阱的透射几率.每个势垒高为v 0,宽为l ,两势垒相隔L 构成一势阱.电子波在势阱中来回反射,可形成驻波(共振态).用A 、E 、A 和E 标志向右行进的波在x =0,l ,l +L ,2l +L 处的波幅,用B 、F 、B ∃和F ∃标志向左行进的波在x =0,l ,l +L ,2l +L 处的波幅.对向右行进的波,有A =E e ikL.同样,对向左行进的波有B ∃=F e -ikL.这样可用一转移矩阵把E 、F 与A 、B 联系起来,写成矩阵形式有E F =e-ikL00eikLA %B %=MwA %B %.由上节单势垒情况,左右势垒两边的波幅可分别用两转移矩阵[4]联系如下A B =MLEF ,A %B %=MRE %F %,其中M L 、M R与(6)式中M 有相同的结构.利用转移矩阵的性质,我们可得A B=M L ,M W MRE %F %=MLML M L21M L22M W11M W12M W21M W22M R11M R12M R21M R22E %F %=MTE %F %,式中M T11=M L11M R11e-ikl +M L12M R21e ikL.(8)下面我们考虑M L11,M R11的形式,由(6)式,我们可以把M L11与CM R11写成指数形式 M L (r )11=m 11e i,式中m 11为模, 为相应复角,则有m 11=cosh 2(rl )+k 2-r 22kr2sinh 2(rl ),=-arctank 2-r22krtanh(rl )+kl .注意到M L,M R 是相同的矩阵,且有M 12=M *21.因此由(8)式可得|M T11|2=|m 11|4+|M 21|4+2|m 11|2|M 21|2cos[2(kL - )]=|m 11|2-|M 21|22+4|m 11|2cos 2(kL - ).在上式中,2|m 11|2|M 21|cos[2(kL - )]为干涉项,第一项恰好为单势垒隧穿矩阵的行列式,其值为1.所以通过两势垒结构即量子阱的隧穿系数为T E =1|M T 11|2=T 21T 21+4R 1cos 2(k L - ),(9)其中T 1、R 1为单势垒隧穿的透射系数及反射系数.注意,在推出(9)式时,我们用到了反射系数R 1=|B |2|A |2=|M 21|2|M 11|2.33第4期 刘宇等:半导体量子阱共振隧穿特性分析由(9)式可知,当cos2(kL-)=0时T E=1,这时发生共振情况.发生共振条件为kL-=(n+1 2)!,n=0,1,&&(10)共振条件(10)式相当于有限势阱中束缚态存在的波矢值.在无限深势阱情况下,=-! 2.所以,共振能级(满足(10)式的能量对应本征态)可以看成是由有限高势垒所构成势阱中的束缚态.当入射电子能量与其中某一束缚态能量相等时,隧穿系数为1,发生共振现象.在共振时,电子在两势垒间来回反射,产生相长的干涉现象.这时入射波使电子占据共振能级,直到入射波和出射波波幅相等(平衡),形成一个稳定态,这时隧穿系数为1.在远离共振区,cos2(kL-)∋0.当cos2(k L-)=1时隧穿系数最小.T E=T 2 1T21+4R1(T214,T21 1.这个结果是很容易理解的,因为电子连续穿过两个势垒是一个二级微扰过程(在不发生相干现象时),这时跟经典情况类似.3 结论以上推导出了电子通过双势垒结构的隧穿系数表达式,发现当电子的波矢(或能量)满足一定的关系时,就可能会发生共振隧穿现象,与用其他方法得出的半导体异质结量子阱的共振隧穿现象定性的一致[3],这说明双势垒结构是量子阱结构较好的近似.采用双势垒模型的优点是可将以上方法很方便地推广到超晶格多量子阱[3 4]的复杂情形.参考文献:[1] 周世勋.量子力学教程[M].北京:高等教育出版社,1999.[2] 夏建白,朱邦芬.半导体超晶格物理[M].上海:上海科学出版社,1995.[3] LARRY S Y,S HENG S L.A metal grating coupled bound to miniband transition GaAs multiq uantu m well[J].Appl Phys Lett,1991,59:1332 1334.[4] XIA J B,SHENG W D.On the soft wall guiding potentials in reali stic quantum waveguides[J].J Appl Phys,1996,79:7780 7784.34 湖南师范大学自然科学学报 第29卷。
《多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿》范文
《多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿》篇一一、引言在当今的半导体材料研究中，光学声子与电子的相互作用已成为重要的研究领域。
尤其在多层半导体材料中，光学声子辅助的共振隧穿现象不仅影响电子的传输性质，更是在微纳尺度下的光电器件设计中有广泛的应用前景。
本文将重点讨论这一现象的基本原理，分析其在多层半导体材料中的应用及其可能带来的高质量效果。
二、多层半导体材料的基本性质多层半导体材料由多种不同性质的层状结构组成，每层具有独特的电子和光学特性。
这些特性使得多层半导体材料在光电器件中具有广泛的应用，如光探测器、太阳能电池等。
然而，在这些应用中，电子的传输和散射过程往往受到光学声子的影响。
三、光学声子的基本概念光学声子是指材料内部的一种准粒子，是晶体中的晶格振动能量的一种表现。
当光照射到半导体材料时，会引起晶格振动，产生光学声子。
这些声子对电子的传输产生重要的影响，特别是对于在多层半导体材料中进行的电子隧穿过程。
四、光学声子辅助的共振隧穿现象在多层半导体材料中，由于不同层间的能级差异，电子可能需要在不同的能级之间进行隧穿过程。
在这一过程中，光学声子能够起到辅助作用。
当光学声子的能量与电子在两层之间的能级差相匹配时，会产生共振隧穿现象。
这一现象可以有效地提高电子的传输效率，降低电子在隧穿过程中的散射几率。
五、高质量应用实例分析（一）在太阳能电池中的应用：通过利用光学声子辅助的共振隧穿现象，可以提高太阳能电池的光电转换效率。
例如，通过设计具有合适能级差的多层半导体材料结构，使得太阳光的光子能量与光学声子的能量相匹配，从而提高光生电流的效率。
（二）在光探测器中的应用：在光探测器中，光学声子辅助的共振隧穿可以增强光子的吸收和电子的传输效率。
通过优化多层半导体材料的结构，使得光探测器的响应速度和灵敏度得到提高。
六、结论本文详细讨论了多层半导体材料中光学声子辅助的共振隧穿现象的基本原理和应用。
通过分析这一现象在太阳能电池和光探测器等应用中的具体应用，可以看出其在提高电子传输效率和增强器件性能方面的重要作用。
新型量子器件—共振隧穿二极管和三极管的原理及应用前景
新型量子器件—共振隧穿二极管和三极管的原理及应用前景随着科学技术的不断发展，我们的生活中出现了越来越多的新型量子器件。
其中，共振隧穿二极管和三极管相信大家在学习和工作中已经有所了解。
那么，这些器件的原理和应用前景到底是怎样的呢？本文将为大家一一解答。
一、共振隧穿二极管的原理共振隧穿二极管（Resonant Tunneling Diode, RTD）是一种基于量子隧穿效应的半导体器件。
与普通的二极管不同，RTD中的电子可以通过共振隧穿的方式跨越禁带障碍，从而实现高速、低功耗的电子运动。
RTD的结构一般由三个区域组成：两个掺杂的n区域和一个绝缘层。
在电压作用下，当中心区域的峰宽和能量上升至与两个区域的导带相匹配时，电子就可以通过共振隧穿现象跨越绝缘层，到达另一个区域的导带区域。
因此，RTD的正向电流特性表现出了一种极其非线性的负电阻效应。
二、共振隧穿二极管的应用前景RTD具有非常广泛的应用前景，特别是在高速、低功耗的电路领域。
由于其特殊的电流-电压特性，RTD可以应用于微波电路、高速数字电路、光通信、雷达、红外传感器等领域。
例如，采用RTD制作的振荡器可以实现高达太赫兹的工作频率，以及低于1闪的相噪声性能，因此被广泛应用于通信、雷达和天文观测等领域。
三、共振隧穿三极管的原理共振隧穿三极管（Resonant Tunneling Transistor, RTT）是基于RTD 的一种半导体器件。
与常规的晶体管相比，RTT可以实现更高的开关速度和更低的功耗。
RTT的基本原理与RTD类似，其端子上的电流-电压特性也表现出非线性负电阻。
此外，RTT还具有“再分布电容超前效应”，可实现电荷的真正微波放大。
四、共振隧穿三极管的应用前景RTT是一种正在被广泛研究的器件，其应用前景非常广泛，包括射频单片集成电路、微波信号放大器、细胞生物学和化学传感器等领域。
目前，虽然RTT的商业产品尚未来到，但是一些研究机构已经开始采用RTT以解决高速通信和计算机处理数据等问题。
《2024年多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿》范文
《多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿》篇一一、引言在半导体材料中，光学声子与电子的相互作用对电子的传输特性起着重要作用。
特别是在多层半导体材料中，由于层间耦合的存在，光学声子辅助的共振隧穿现象成为了研究的热点。
本文将探讨多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿现象，分析其机理和影响因素，并探讨其在电子器件中的应用。
二、多层半导体材料概述多层半导体材料由多个单层或多层堆叠而成，各层之间通过弱相互作用连接。
由于层间耦合的存在，多层半导体材料具有独特的电子能带结构和光电子性质。
在多层半导体材料中，光学声子可以通过层间耦合与电子相互作用，从而影响电子的传输特性。
三、光学声子的辅助共振隧穿机理光学声子辅助的共振隧穿是指电子在多层半导体材料中通过吸收或发射光学声子的方式实现共振隧穿的过程。
当电子在某一层中受到激发时，会通过吸收或发射光学声子的方式获得或失去能量，从而改变其能量状态并实现隧穿。
这种过程不仅与电子的能量状态有关，还与材料的能带结构、层间耦合强度等因素密切相关。
四、影响因素分析1. 材料的能带结构：多层半导体材料的能带结构对光学声子的辅助共振隧穿有着重要影响。
不同材料的能带结构差异导致电子的能量状态和隧穿几率存在差异。
2. 层间耦合强度：层间耦合强度决定了光学声子与电子的相互作用程度。
当层间耦合强度较弱时，光学声子的辅助作用较弱；而当层间耦合强度较强时，光学声子的辅助作用则更加明显。
3. 温度和压力：温度和压力对多层半导体材料的电子性质和光学声子的性质产生影响，从而影响光学声子辅助的共振隧穿过程。
五、应用前景光学声子辅助的共振隧穿在电子器件中具有广泛的应用前景。
例如，在太阳能电池中，可以利用多层半导体材料的光学声子辅助共振隧穿提高光吸收效率；在晶体管中，可以利用该现象实现高速、低功耗的电子传输等。
此外，多层半导体材料中的光学声子辅助共振隧穿还可用于制备新型的光电器件、传感器等。
六、结论本文探讨了多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿现象。
量子力学中的量子隧穿与共振
量子力学中的量子隧穿与共振量子力学是对微观领域中粒子行为的描述和解释的科学理论。
其中一个重要的概念是量子隧穿，它与共振现象有着密切的联系。
在本文中，我们将探讨量子隧穿和共振在量子力学中的重要性，并尝试解释它们的原理。
在经典物理学中，我们可以将粒子看作是固定在能势垒中的球体。
当粒子的能量低于势垒的高度时，它被束缚在势垒中，无法逃脱。
然而，在量子力学中，粒子却具有不确定性和波动性质，这使得量子隧穿成为可能。
量子隧穿是指当粒子的能量低于势垒时，它有一定的概率穿越势垒，从而到达势垒的另一侧。
这种现象违背了经典物理学的预期，因为根据经典力学，粒子的能量应该低于势垒时无法穿越。
然而，量子隧穿很好地解释了一些实验结果，例如放射性核素的衰变和扫描隧道显微镜的工作原理。
在量子力学中，我们使用薛定谔方程来描述粒子的行为。
当粒子遇到势垒时，根据方程的解，我们可以计算粒子穿越势垒的概率。
概率的大小取决于粒子的能量和势垒的高度。
当粒子的能量接近势垒高度时，量子隧穿的概率达到最大值。
量子隧穿的原理可以通过波动性质的干涉效应来理解。
粒子可以被看作是一种波动现象，具有波粒二象性。
当粒子遇到势垒时，它的波动函数会分成两部分，一部分反射回来，另一部分穿越势垒。
这种分裂的波动函数会产生干涉效应，从而使穿越概率增大。
与量子隧穿密切相关的是共振现象。
共振是指当外界作用力的频率与物体的固有频率相同时，物体会发生共振振动。
在量子力学中，我们可以将共振理解为波函数的一种特殊形式。
当粒子的能量与势垒的固有能量相匹配时，共振现象会增强量子隧穿的概率。
量子隧穿和共振在诸多领域中具有重要的应用。
在纳米技术中，量子隧穿被利用来制造纳米材料、器件和传感器。
例如，扫描隧道显微镜使用了量子隧穿效应，使得科学家能够观察到原子和分子的表面结构。
此外，量子隧穿还在核聚变反应和半导体器件中起着重要作用。
共振现象在电子学和光学领域也有广泛的应用。
例如，共振电路被广泛用于信号放大和滤波，而光学共振则用于制造光学器件和传感器。
科学家深入研究共振隧穿二极管共...
科学家深入研究共振隧穿二极管共...科学家深入研究共振隧穿二极管共振隧穿二极管（RTD）是速度最快的半导体器件之一，广泛应用于太赫兹波段的高频振荡器、发射器、探测器和逻辑门等领域。
RTD对光也很敏感，可用作光电探测器或光电电路中的光学有源元件。
来自巴西圣卡洛斯联邦大学和德国维尔茨堡大学的科学家最近通过研究带有In0.15Ga0.85As量子阱和发射极预阱的纯n掺杂GaAs/Al0.6Ga0.4As共振隧穿二极管的磁输运和磁电致发光特性，研究了在整个施加电压范围内RTD的电荷积累和动力学。
他们相信他们的工作可能有助于开发具有优化电荷分布的新型RTD，以提高光电检测效率或将光损耗降至最低。
RTD由两个潜在的势垒组成，这些势垒被形成量子阱层隔开。
这种结构夹在由具有高浓度电荷的化合物半导体形成的末端之间，当在RTD两端施加电压时，这些电荷会加速。
当通过施加电压而加速的电荷中的能量与量子阱中的量子能级一致时，就会发生隧道效应。
“当施加电压时，由势垒保留的电子的能量增加，并且在特定水平上，它们能够穿过禁区。
但是，如果施加更高的电压，电子将无法通过因为它们的能量超过了阱中的量子化能量，”巴西圣保罗卡洛斯联邦大学（UFSCar）物理系教授Marcio Daldin Teodoro说。
Teodoro是这项研究的主要研究人员，该研究确定了在整个施加电压范围内RTD中的电荷积累和动态。
一篇描述该研究的论文“通过共振隧道二极管中的磁电致发光光谱法确定载流子浓度和动力学”发表在《物理评论应用》上。
Teodoro说：“基于RTD的器件的运行取决于几个参数，例如电荷激发，累积和传输以及这些特性之间的关系。
”这些器件中的电荷载流子浓度一直是在共振区域前后确定的，但在共振区域本身却没有确定，因为载有关键信息。
我们使用了先进的光谱学和电子传输技术来确定整个设备中的电荷积累和动态。
隧穿信号是峰值电流，随后急剧下降到特定电压，具体取决于RTD的结构特性。
双势垒单量子阱结构及共振隧穿效应
双势垒单量子阱结构及共振隧穿效应双势垒单量子阱结构是一种常见的半导体器件结构，它在光电子器件和量子力学研究中具有重要的应用价值。
而共振隧穿效应则是指在特定的能量条件下，粒子可以通过势垒进行隧穿现象。
本文将深入探讨双势垒单量子阱结构及共振隧穿效应的原理和应用。
我们来了解一下双势垒单量子阱结构的基本构成。
双势垒指的是在半导体材料中存在两个相对较高的势垒，而单量子阱是指在两个势垒之间存在一个较低的势垒。
这种结构可以通过选择合适的材料和结构参数来实现。
双势垒单量子阱结构在半导体光电子器件中具有重要的应用，例如激光器和光电探测器等。
双势垒单量子阱的工作原理基于量子力学中的能带理论和波粒二象性。
在双势垒单量子阱中，电子和空穴的运动受到势垒的限制。
当电子或空穴的能量高于势垒时，它们可以在势垒中自由运动；当能量处于势垒之间时，由于存在较低的势垒，电子或空穴会被约束在势垒之间的量子阱中。
这种约束导致了一些特殊的物理现象和性质。
在双势垒单量子阱中，共振隧穿效应起到了重要的作用。
共振隧穿效应是指当入射粒子的能量与量子阱中的能级匹配时，粒子可以以很高的概率穿过势垒进行传输。
这是因为当入射粒子与势垒中的能级匹配时，波函数会在势垒两侧形成驻波模式，从而增强了隧穿概率。
这种共振隧穿效应在光电子器件中的应用非常广泛，例如在激光器中可以实现高效的电子和空穴注入，从而提高激光器的性能。
双势垒单量子阱结构和共振隧穿效应在光电子器件中有着重要的应用。
以激光器为例，激光器是一种将输入的电能转换为输出的激光光能的器件。
在激光器中，双势垒单量子阱结构可以实现高效的电子和空穴注入，从而提高激光器的效率和性能。
共振隧穿效应则可以增强电子和空穴的注入效果，从而提高激光器的增益和输出功率。
除了激光器，双势垒单量子阱结构和共振隧穿效应在其他光电子器件中也有着广泛的应用。
例如在光电探测器中，双势垒单量子阱结构可以提高探测器的灵敏度和响应速度。
共振隧穿效应则可以增强载流子的传输，提高探测器的探测效率。
半导体器件中量子隧穿效应的定量分析
半导体器件中量子隧穿效应的定量分析作者：张芯阳来源：《中国科技纵横》2019年第14期摘要：量子隧穿是指微观粒子具有一定概率穿透高能量势垒的现象，这是量子力学有别于经典力学的重要成果之一，在解释微观现象和进行微观层面的操作中都具有重要的意义。
本文主要通过求解一维阶梯势垒中的薛定谔方程，来获得微观粒子波函数的定量表达式，进而推导出粒子隧穿到势垒内部的特定深度的概率。
在此基础上，将其应用于常见的电子器件材料的等效势垒中，从而估算电子元器件内部绝缘层的极限厚度，为半导体集成电路的最小制程提供量级上的参考。
关键词：量子隧穿;薛定谔方程;阶梯势垒;隧穿深度中图分类号：TN301 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）14-0201-0220世纪是一个变革的世纪，物理学经历了从宏观到微观，从低速到高速的转化，实验现象与既有理论矛盾重重，物理学大厦摇摇欲坠，直到相对论和量子力学横空出世。
作为现代物理学两大理论基础的量子力学，改变了人类看到世界的方式，从宏观确定性向微观的不确定性转变，在其诞生之后的近百年的时间里，引起了不计其数的应用革命，包括激光技术、纳米科技、半导体产业等。
而如今深刻影响人们工作生活的智能手机，个人计算机，大型服务器，都是量子力学应用的产物，作为其核心结构的半导体芯片，就是基于量子力学对固体电子结构的分析才得以实现。
本文主要讨论的是量子力学中的量子隧穿问题，通过一维阶梯势垒模型，给出隧穿效应的图像，即当微观粒子的动能效应势垒高度的时候，粒子依然具有一定的概率穿透到势垒内部。
基于这个模型，计算电子穿透深度来进一步分析隧穿效应在半导体芯片中可能带来的影响。
1 微观粒子的运动方程观察方程的解，可以看到在x>0区域波函数不为零，这说明了粒子具有一定的概率出现在这一区域，这个经典力学的结论是截然不同的，在牛顿力学的理论中，由于粒子的动能小于势能，遇到势垒时由于能量守恒，动能不断转化为势能，当动能为零时仍然没有到达势垒顶点，只能沿着原路径返回，类似于反射的情况;但是量子力学给出的结论是，粒子依然会穿过势垒，只不过概率以指数的形式衰减。
量子隧穿效应的理论分析
量子隧穿效应的理论分析量子隧穿效应是量子力学中一种独特的现象，描述了微观粒子越过经典力学中认为不可能越过的势垒或势阱的行为。
本文将对量子隧穿效应进行理论分析，探讨其基本原理、数学表达和应用领域。
一、量子隧穿效应的基本原理量子隧穿效应基于波粒二象性的理论，表明微观粒子既可以像粒子一样具有位置，又可以像波一样具有波长。
在经典力学中，粒子需要克服势垒或势阱的高度才能穿越其区域。
然而，根据量子力学，微观粒子具有非确定性的运动，存在一定的概率越过势垒或势阱，即发生隧穿效应。
量子隧穿效应的基本原理可通过薛定谔方程进行描述。
薛定谔方程是量子力学的基本方程，可以描述目标粒子在给定势能场中的运动。
对于势垒或势阱问题，薛定谔方程可以得到解析解，从而揭示了隧穿概率与势垒高度、粒子能量以及宽度的关系。
根据隧穿概率的计算，我们可以预测微观粒子发生量子隧穿效应的可能性。
二、量子隧穿效应的数学表达量子隧穿效应的数学表达主要通过薛定谔方程和一维势垒或势阱问题来描述。
对于一维势场问题，建立薛定谔方程：$$-\frac{{\hbar^2}}{{2m}}\frac{{d^2\psi(x)}}{{dx^2}} + V(x)\psi(x) = E\psi(x)$$其中，$\hbar$是普朗克常数的约化形式，$m$是粒子的质量，$\psi(x)$是波函数，$V(x)$是势能场，$E$是粒子的能量。
对于势垒问题，当粒子的能量小于势垒高度时，通过求解薛定谔方程可以得到隧穿概率。
在隧穿效应的数学表达中，关键参数包括势垒高度、宽度和粒子能量。
三、量子隧穿效应的应用领域量子隧穿效应在许多领域都有着重要的应用价值。
1. 材料科学：量子隧穿效应在材料的透明导电薄膜、太阳能电池、显示器件等方面的设计和研究中发挥着关键作用。
通过调控材料的特定结构和能带结构，可以利用量子隧穿效应实现更高效的电子传输和光电转换效应。
2. 纳米器件：纳米尺度下，量子隧穿效应成为电子和能量传输的重要机制。
《2024年多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿》范文
《多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿》篇一一、引言在半导体材料中，光学声子与电子的相互作用是影响其电子传输特性的重要因素之一。
近年来，随着多层半导体材料的快速发展，其在光电子器件、传感器、太阳能电池等领域的应用日益广泛。
在多层半导体材料中，光学声子辅助的共振隧穿现象引起了研究者的广泛关注。
本文旨在探讨多层半导体材料中光学声子辅助共振隧穿的现象，并对其可能带来的高质量应用进行探讨。
二、多层半导体材料的基本性质多层半导体材料由多层不同材料或同种材料的不同层组成，具有独特的电子结构和能带结构。
这些材料在光、电、热等方面具有优异的性能，为电子器件的研发提供了新的可能性。
在多层半导体材料中，电子的传输受到多种因素的影响，其中光学声子与电子的相互作用是关键因素之一。
三、光学声子的基本性质光学声子是指半导体材料中光波与声波的耦合效应产生的粒子。
在多层半导体材料中，光学声子能够与电子相互作用，对电子的传输产生显著影响。
当电子在多层半导体材料中传播时，会受到光学声子的散射和调制作用，导致电子在层间发生共振隧穿现象。
四、光学声子辅助共振隧穿现象在多层半导体材料中，光学声子能够通过调制层间势垒的能级结构，辅助电子在层间发生共振隧穿。
这种光学声子辅助的共振隧穿现象能够显著提高电子的传输效率，从而提升器件的性能。
通过对多层半导体材料中光学声子与电子的相互作用进行调控，可以实现高效的电子传输和器件性能优化。
五、高质量应用探讨5.1 光电器件利用多层半导体材料中光学声子辅助共振隧穿现象，可以设计出高效的光电器件，如光电二极管、光电探测器等。
这些器件能够利用光能激发电子的共振隧穿过程，从而提高光电转换效率和器件响应速度。
5.2 传感器通过调控多层半导体材料中光学声子与电子的相互作用，可以实现对环境因素的敏感响应。
例如，利用光学声子辅助共振隧穿现象设计的传感器能够检测温度、压力等物理量的变化，具有高灵敏度和快速响应的特点。
5.3 太阳能电池在太阳能电池中，利用多层半导体材料的光学声子辅助共振隧穿现象可以提高光能的吸收和转换效率。
量子隧穿效应 半导体
量子隧穿效应半导体量子隧穿效应是量子力学中的一个重要现象，它对半导体的研究和应用具有重要意义。
本文将介绍量子隧穿效应的原理和应用于半导体的相关研究。
一、何为量子隧穿效应量子隧穿效应是指当粒子具有一定的能量时，即使其在经典物理学框架下无法越过势垒或势峰，但在量子力学描述下却能够通过势垒或势峰出现在另一侧的现象。
这是由于量子力学中的波粒二象性以及不确定性原理导致的。
在经典物理学中，粒子需要具备超过势垒或势峰的能量才能通过。
而在量子力学中，粒子可以具有一定的几率穿越势垒或势峰，即使其能量并不足够。
二、量子隧穿效应的原理量子隧穿效应的原理可以通过薛定谔方程和波函数的描述来解释。
根据薛定谔方程，粒子的波函数存在于整个空间中，而不仅仅局限于势垒或势峰的某一侧。
势垒或势峰可以被看作是波函数坍塌的地方。
当波函数与势垒或势峰相遇时，一部分波函数将反射，一部分则穿过。
量子隧穿效应的概率可以用隧穿概率密度来描述。
隧穿概率密度是波函数穿过势垒或势峰的概率在时间上的变化。
其计算方法可以通过在波函数两侧应用边界条件而得到。
三、半导体中的量子隧穿效应半导体材料的电子行为可以通过量子力学来描述，因此量子隧穿效应在半导体研究中具有重要作用。
1. 穿越障垒在半导体器件中，电子或空穴需要跨越能量势垒才能在不同区域之间移动。
量子隧穿效应使得电子或空穴可以以低于经典物理学所需能量穿越势垒，从而实现在禁带、势垒或势井之间的跃迁。
这为构建高效的半导体器件提供了可能。
2. 隧穿二极管隧穿二极管是利用隧穿效应设计的一种特殊二极管。
在隧穿二极管中，通过控制材料结构和电场强度，可以实现电子以量子隧穿的方式穿越势垒，从而实现高速、低功耗的电子器件。
3. 隧穿测量在半导体材料中，通过测量电子或空穴隧穿电流，可以获得关于材料能带结构和能量障垒的信息。
这对于深入了解半导体材料的性能以及材料设计和优化具有重要意义。
四、未来的发展和应用随着量子计算和量子信息领域的发展，量子隧穿效应的研究和应用将变得越来越重要。
共振隧穿
共振隧穿————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:共振隧穿器件及共振隧穿晶体管共振隧穿晶体管（RTT）是共振隧穿器件的一种，它与共振隧穿二极管（RTＤ）一样都是利用量子共振隧穿效应而制成的一种高速纳米电子器件。
共振隧穿器件由于具有高频、高速、低功耗、负阻、双稳、自锁及用少量器件完成多种逻辑功能等特点,因而在未来电子信息技术领域中具有很大的发展潜力。
1共振隧穿器件1．1共振隧穿效应共振隧穿器件是以共振隧穿效应为物理依据,共振隧穿效应是量子隧穿效应的一种特殊情况。
如图１所示，若Ⅰ区、Ⅲ区和Ⅴ区均是金属、半导体或超导体,而Ⅱ区与Ⅳ区是极薄的绝缘层（厚度约为0.1nm)。
图1 势垒形状设电子开始处在左边的金属中,可认为电子是自由的,在金属中的势能为零。
由于电子不易通过绝缘层,因此绝缘层就像一个壁垒，我们将它称为势垒。
一个高度为U0、宽为ａ的势垒,势垒右边有一个电子,电子能量为E。
因电子的能量小于区域Ⅱ中的势能值U0，若电子进入Ⅱ区,就必然出现“负动能”,这是不可能发生的。
但用量子力学的观点来看，电子具有波动性,其运动用波函数描述，而波函数遵循薛定谔方程,求解薛定谔方程可知电子在Ⅱ区甚至Ⅲ区等区域出现的概率不为零。
像这种电子穿透比它动能更高的势垒的现象，称为隧穿效应。
它是粒子波动性的表现。
图2共振隧穿效应类比图而共振隧穿可以简单理解为,在某一个能量值时电子的隧穿机率出现尖锐峰值。
这种现象类似于光通过两个平行界面构成像Ｆａbry－Peｒot标准具这样的光学滤波器一样，光强作为波长的函数,形成尖锐的跃迁峰值，如图2所示。
１.２共振隧穿器件分类共振隧穿器件的分类如表1所示。
表1 共振隧穿器件的分类种类结构分类工作原理特点RTDRTD在同一能带（导带或价带）中发生共振隧穿，期间的发射区、势阱和集电区为同种或相近材料两端,特性不能调制，速度、频率高RＩTD在不同带间发生共振隧穿，E、Ｃ区为一种能带或材料，势阱为另一种能带或材料两端,特性不能调制,一般ＰＣVＲ较大ＲＴTGＲＴT通过栅极的shｏｔtky结或势阱区的pn结来控制RTＤ的电流三端，特性可调，速度比RTＤ低RTMＥSＦＥT以RTＤ的双势垒结构为源区的MESFEＴ器件,其I DＶDS特性上也存在负阻特性三端,具有电流增益，又分为纵横两种结构ＲＴＢT以RＴD的双势垒结构作为发射区的双极管或HBT三端，具有电流增益RHET以RTD的双势垒结构作为发射极的热电子晶体管三端,具有电流增益ORＴDOＲＴD 以光信号改变ＲTＤ的负阻特性光触发,两端负阻器件ＲTD型光调制基于RTD的光调制器光调制器的一种器共振隧穿器件可以应用于三个方面:一个是用于模拟电路，做成微波和毫米波振荡器等;另一个是用于高速数字电路,与ＭESFEＴ,ＨBT,HＥMT等进行集成构成高速数字电路;还可以用ORＴＤ或与常规光电探测器件构成高速光电集成电路。
共振隧穿
共振隧穿共振隧穿器件及共振隧穿晶体管共振隧穿晶体管（RTT）是共振隧穿器件的一种，它与共振隧穿二极管（RTD）一样都是利用量子共振隧穿效应而制成的一种高速纳米电子器件。
共振隧穿器件由于具有高频、高速、低功耗、负阻、双稳、自锁及用少量器件完成多种逻辑功能等特点，因而在未来电子信息技术领域中具有很大的发展潜力。
1共振隧穿器件1.1 共振隧穿效应共振隧穿器件是以共振隧穿效应为物理依据，共振隧穿效应是量子隧穿效应的一种特殊情况。
如图1所示，若Ⅰ区、Ⅲ区和Ⅴ区均是金属、半导体或超导体，而Ⅱ区与Ⅳ区是极薄的绝缘层（厚度约为0.1nm）。
图1 势垒形状设电子开始处在左边的金属中，可认为电子是自由的，在金属中的势能为零。
由于电子不易通过绝缘层，因此绝缘层就像一个壁垒，我们将它称为势垒。
一个高度为U、宽为a的势垒，势垒右边有一个电子，电子能量为E。
因电子的能，若电子进入Ⅱ区，量小于区域Ⅱ中的势能值U就必然出现“负动能”，这是不可能发生的。
但用量子力学的观点来看，电子具有波动性，其运动用波函数描述，而波函数遵循薛定谔方程，求解薛定谔方程可知电子在Ⅱ区甚至Ⅲ区等区域出现的概率不为零。
像这种电子穿透比它动能更高的势垒的现象，称为隧穿效应。
它是粒子波动性的表现。
图2 共振隧穿效应类比图而共振隧穿可以简单理解为，在某一个能量值时电子的隧穿机率出现尖锐峰值。
这种现象类似于光通过两个平行界面构成像Fabry-Perot 标准具这样的光学滤波器一样，光强作为波长的函数，形成尖锐的跃迁峰值，如图2所示。
1.2共振隧穿器件分类共振隧穿器件的分类如表1所示。
表1 共振隧穿器件的分类种类结构分类工作原理特点RTDRTD在同一能带（导带或价带）中发生共振隧穿，期间的发射区、势阱和集电区为同种或相近材料两端，特性不能调制，速度、频率高RITD在不同带间发生共振隧穿，E、C区为一种能带或材料，势阱为另一种能带或材料两端，特性不能调制，一般PCVR较大RTTGRTT通过栅极的shottky结或势阱区的pn结来控制RTD的电流三端，特性可调，速度比RTD低RTMESFET以RTD的双势垒结构为源区的MESFET器件，其IDVDS特性上也三端，具有电流增益，又分为纵存在负阻特性横两种结构RTBT 以RTD的双势垒结构作为发射区的双极管或HBT三端，具有电流增益RHET 以RTD的双势垒结构作为发射极的热电子晶体管三端，具有电流增益ORTDORTD以光信号改变RTD的负阻特性光触发，两端负阻器件RTD型光调制器基于RTD的光调制器光调制器的一种共振隧穿器件可以应用于三个方面：一个是用于模拟电路，做成微波和毫米波振荡器等；另一个是用于高速数字电路，与MESFET，HBT，HEMT 等进行集成构成高速数字电路；还可以用ORTD 或与常规光电探测器件构成高速光电集成电路。
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第 ２卷 第 ４ ９ 期
半导体 量子 阱共振 隧穿特 性分 析
刘 宇 李志坚 周光辉。 ， ，
（． １湖南省第一师范学校物理与电子学系， 中国 长沙 ４００ ；． １ ２２湖南师范大学物理与信息科学学院， ０ 中国 长沙 ４０８） １０１
摘 要 用双势垒模型研究了半导体异质结量子阱的隧穿特性 ． 利用电子波函数 的连接条件， 先计算出电子
现象 一直是人们关注的量子效应 ． 』 本文用・双势垒结构作为量子阱的理想模型 ， 研究半导体异质结量子阱中电子 的隧穿特性 ． 先利用 电子
波函数的连接条件 ， 出电子通过一简单方垫垒的隧穿几率 ， 计算 再利用转移矩阵方法得到电子通过双势垒的 隧穿几率表达式 ． 所得结果能较好地解释半导体量子阱结构 中的共振隧穿现象 ．
ｂｅ ｂ ｒｉ ｔ ｃｕｅｉ ａｓ ｂａｎ ｄｂ ａ ｓｏ ｔ ｎｆｒｍａ ｉ Ｔ ｅｒｓｌ ｂａｎ ｄｃｎ ｅ ｐａｎ ｔｅｐ ｅ ｏ ｎ ｎ ｏ ８ ｌ． ａｒ ｒｓ ｕ ｔｒ ｏｏ ｔｉｅ ｙｍｅｎ ｆｒ ｓ ｔｘ． ｈ ｕｔ ｏ ｔｉｅ ａ ｘ ｌｉ ｈ ｎ ｍｅ ｏ ｆ ｅ － ｅ ｒ ｓｌ ａ ｅ ｒ ｅ ｓ ｈ ｒ ｏ ａ ｔｔｎ ｅｉｇｆｒｔｅｓｍ ｃｎ ｕ ｔｒｑ ａ ｔｍ ｅｌ ｔ ｔｒｓ ｎ ｎ ｎ ｌ ｅ ｏ ｄ ｃｏ ｎｕ ｗ ｌ ｓｍｃ ｅ ． ｕ ｎ ｏ ｈ ｉ ｕ ｕ Ｋｅ ｒ ｓ ｑ ａ ｔｍ ｅｌｄ ｕ ｌ－ ａｒ ｒｐ ｔｎｉ ； ｎ ｅｉｇｐｏ ａ ｉｔ ｔ ｎ ｆｒｍ ｔ ｘ ｙｗｏ ｄ ｕ ｎ ｕ ｗ ｌ； ｏ ｂｅｂ ｒ ｅ ｏｅ ｔ ｔ ｎ ｌ ｒｂ ｂｌｙ；ｒ ｓｅ ｒ ｉ ｌ ａ ｕ ｎ ｉ ａ ａ ｉ
ｈ ｏ ｔ ｏ ｓｃ ｄｔ ｎ ｏ ｅｗ ｖ ｃｉ ｔｅｃｎｉｕ ｕ ｎ ｉｏ ｆ ｈ ａ ｅｆｎ ｔ ｎ，ｔｅ ｅｔ ｎ ｍ ｓｉｎ ｐｏ ａ ｉｔ ｒ ｎ ｅｅ ｔ ｎｔ ｎ ｖ ｒｅ ｒｕ ｈａｄ ｕ ｎ ｏ ｉ ｔ ｕ ｏ ｈ ｎｔ ａ ｓ ｓｏ ｒｂ ｂｌｙｆ ｌｃ ｏ ａ ｓ ｅｓｓｔ ｏ ｇ ｏ － ｈ ｒ ｉ ｉ ｏ ａ ｒ ｒ ｈ
通过 一简 单方势垒的隧穿几率， 再利用转移矩阵 方法得到电子通过双势垒的隧穿几率． 所得结果能较好地解释半
导体量子阱结构 中的共振隧穿现象 ． 关键词 量子 阱； 双势垒 ； 几率 ； 隧穿 转移矩 阵
中圈分类号 Ｔ ２１ Ｎ０
文献标识码 Ａ
文章编号 １０－ ３（０６ｏ．ｏ１ ４ ００ ５７２０）４ ３－ ２ ｏ ０
维普资讯
２Ｏ 年 １ Ｏ６ ２月
湖南师范 大学 自然科学学报
Ｊｕｎｌｏ ａｕａ ｃｅ ｃ ｆＨ ｒｍ ｏｍ ｌＵ ｉｅｓｙ ｏｒａ ｆＮ ｔｒｌＳ ｉ ｅｏ ｕ￣ Ｎ ｒ ａ ｎｖ ｒｉ ｎ ｔ
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量子隧穿的概念与量子力学这门学科的历史一样悠久 ． 量子隧穿 （ ） 道 效应是 ， 于微 观粒子 ， 对 即使其能 量 比势垒高度低 ， 仍有一定 的几率穿过势垒． 量子隧穿效应在介 观纳米体 系中普遍存 在 ， 而且有重要 的应用
背景 ． 由于材料制备科学的发展 ， 人们可 以在实验室制造 出原先只有在量子力学课本 或习题中存在的一些 人工量子结构 ， 中一种典型的结构就是半导体异质结（ 其 超晶格） 量子阱结构 ． ］基于分子束外延 （ Ｂ ） Ｍ Ｅ 和金
属有机化合物化学气相沉积（ ０ ｖ ） Ｍ ｃ Ｄ等新生长技术的超薄层微结构材料 的研究 ， 先是从 品格匹配的 Ⅲ ～Ｖ 族材料体系开始的 ．日 Ｌｓ ａｓｈ ａｓ ｎ 和 Ｉ ａ ｓ／ Ｐ等半导体超晶格是 目前研究得最多 和比较成熟 Ｇ ＡＡ／ Ａ 、 Ｇ Ａ／ Ｐ ｎ ＡＰＩ Ｇ Ｉ Ｇ ｎ 的材料体系 ． 异质结能带边不连续性决定了电子被限制在一个人工量子阱中，ｅｉｇｃ ａａ ｔｒ ｔ ｓｏ ｅｓｍｉｏ ｄ ｃｏ ｕ ｎｕ ｗ ｌ ｔｒｕ ｈ ａｄ ｕ ｌ－ａＴ ｒｐ ｔｎｉ ｄ ｌ ｓｒ ｃ ｈ ｕ ｎ ｌ ｈ ｒｃｅ ｓｉ ｆｈ ｅ ｃ ｎ ｏ ｔｒｑ ａ ｔｍ ｅｌ ｈｏ ｇ ｏ ｂｅｈ ／ｉ ｏｅ ｔ ｌｍｏ ｅ ｎ ｉ ｃ ｔ ｅ ａ