共振隧穿二极管
《涨知识啦25》---共振隧穿二极管
《涨知识啦25》---共振隧穿二极管的工作原理及应用共振隧穿二极管(Resonant tunneling diode)是一种纳米量子电子器件。
利用超晶格中能带不连续的特点(energy discontinuity)，势阱层中可产生量子效应，即载流子输运区域中可产生能级分立的量子态(quantized states)。
以电子输运过程为例，当电子发射端(emitter)的导带能级与超晶格势阱中的某个子带位于相同能量位置时，电子则以带内隧穿(intra-band tunneling)的方式通过超晶格中的势垒层，并占据势阱中的该子能级(energy sub-band)，最终到达收集层（collector），实现电子输运的全过程。
因此共振隧穿二极管有如下特点：（1）根据载流子的能级不同，对载流子的输运具有选择性[如图1所示]，(2)负微分电阻效应[如图二所示]。
负微分电阻效应源于共振隧穿二极管对携带不同能量的载流子输运的选择性；鉴于该特征，共振隧穿效应被广泛应用到量子光电器件中，如GaN基多量子阱发光二极管可采用超晶格AlGaN/GaN 架构的p-型电子阻挡层；通过适当调控超晶格势阱中的子带能级和子带个数，实现电子和空穴的高效输运，即减小电子的泄露(electron leakage)，增加空穴的隧穿几率，最终实现外量子效率的提升，并降低效率衰减(efficiency droop)。
图1 电子透射系数与电子能量之间的关系。
当电子的能量与势阱中某一个量子态能级处于同一能量位置的时候，电子透射系数到达峰值，且电子输运效率最高；否则电子输运效率降低，则将出现负微分电阻效应。
图2 不同外加偏压状态下共振隧穿二极管的能带图及对应的电流-电压关系图。
参考文献：S. M. Sze and Kwok K. Ng, Physic of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons,Inc., Hoboken, New Jersey, 2007.。
共振隧穿二极管
当左边的导带边上升高过E1，能够隧穿通过势垒 的电子数剧减。对应I-V特性的B-C段。
共振隧穿二极管的特点
1. 高频，高速工作。 高速物理机制，RTD本征电容小，有源区 短。 2. 低工作电压，低功耗。 电压为0.5V左右，工作电流为毫安量级，如 果材料生长过程中做一个预势垒，电流可降 到微安级。 3. 负阻，双稳和自锁特性。 4. 用少量器件完成多种功能。
由RTD／MOSFET构成的压控振荡器
不同于常规压控振荡器形式和压控振荡的调节方式，实现了一种基 于负阻器件共振隧穿二极管与MOSFET结合的新型压控振荡器，虽 然电路模拟可得到的频率变化范围在440-550MHz，但实际中整个 电路受到MOSFET工作频率的限制和分立器件寄生参数影响，实际 测得的频率只有20-26MHz，而且MOSFET与RTD的工艺制作不兼容， 只能进行混合集成。如果选择与RTD工作频率和工艺都较匹配的高 频、高速器件如高速器件高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结晶体 管(HBT)等，这样不但可以提高电路的工作频率，而且可以实现单 片集成。这种压控振荡电路为RTD与其他高速器件的结合提供了一 种新颖的设计思路，因此这一研究对于RTD在高频振荡电路的进一 步应用具有重要的意义。
图（b）I-V特性的测量值和理论值。
量子阱的厚度接近德布罗意波长的量级，阱中 电子就被限制在分立的能级上（E1，E2等）， 偏压V=0时热平衡状态的能带图如上图所示。
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。一旦偏 压达到某个值，使阴极一侧导带中被占据的能态 与阱中空能态齐平，共振就发生了。在这一点， 许多电子能够隧穿通过左边的势垒进入阱中，并 接着隧穿通过右边的势垒进入阳极一侧导带中未 被占据的能态。此过程对应I-V特性A-B段。
基于共振隧穿二极管的太赫兹技术研究进展
基于共振隧穿二极管的太赫兹技术研究进展
刘军;王靖思;宋瑞良;刘博文;刘宁
【期刊名称】《无线电通信技术》
【年(卷),期】2024(50)1
【摘要】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。
【总页数】9页(P58-66)
【作者】刘军;王靖思;宋瑞良;刘博文;刘宁
【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所北京研发中心;北京跟踪与通信技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN919.23
【相关文献】
1.基于共振隧穿机制的太赫兹波振荡器特性模拟
2.基于MOCVD生长材料的高电流密度太赫兹共振隧穿二极管
3.InP基共振隧穿二极管太赫兹振荡器的设计与实现
4.太赫兹共振隧穿二极管探测器研究进展及应用
5.基于共振隧穿二极管的近程太赫兹通信技术
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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。
共振隧穿二极管(RTD)的物理模型——共振隧穿器件讲座(3)
ｌ ｇ ｓｑ ｅ ｔ ｌｔｎ ｅｉ ｇ ｄｆ ｒｎ ｉ ｎ ｉｎ ｉ ； ｅ ｕ ｎｉ ｕ ｎ ｌ ； ｉ ｅｅ ｔ ｄｍｅ ｓｏ ｓ ｎ ａ ｎ ｆ
１ Ｒ Ｄ 的量子力学基础 Ｔ
Ｒ Ｄ是由其核心部分——Ｄ Ｓ （ Ｔ Ｂ 双势垒单势阱 结构）和两端的引出电极——发射 （ 阴）极和集 电 （ 阳）极构成的。而分析 Ｄ Ｓ Ｂ 产生共振隧穿的物理 机制和建立 Ｒ Ｄ的模型 ，必须 以量子阱中能量的 Ｔ 量子化 ，产生分立能级和电子单势垒隧穿两个量子
维普资讯
纳 米 器件 与技 术
Ｎａ ｏｅ ｅ ｔ ｏ ｃ Ｄｅ ｉｅ ＆ Ｔｅ ｈ ｏｌ ｎ ｌｃ ｒ ｎｉ ｖ ｃ ｃ ｎ ｏ
共振隧穿二极管（ Ｔ 的物理模型 Ｒ Ｄ）
— —
共振 隧穿器件讲 座 （ ３）
郭维廉
（ 天津工业大学信息与通讯工程学院，天津 ３０６ ；专用集成电路 国家级重点实验 室， ０ １０ 石 家庄 ００５ ；天津大学电子信息工程学院，天津 ３０７ ） ５０ １ ００２
力 学概念 为基 础 。
收稿 日期 ：２０ — ８ ２ ０５ ０—２
１１ 量子 阱 中能量 的量子 化和分立 能级 的形成 ［ ． １ 翻
按照量子力学理论 ，如果一个 电子位于势垒高
度为 。 、宽度为 ｗ 的势阱 中，当势阱宽度 ｗ 接
近德 布罗意波 长时 ，电子 的动量 舭 将 发生量子
化 。与 自由运动相对应的连续能量 Ｅ ｋ ＝ ／ｍ （ ）矗 ２ ２ （ 为电子的有效质量）将分裂成子能带 （ ） ｍ ．。 ｊ ｝
对于一个势垒高度为 。 、势阱宽度为 ｗ（ 图
１ ）的量子阱 ，其波 函数 （）的一维薛定谔方程 ｚ
＠
微纳电 技术 ２０ 年第４ ｌ 子 ０６ Ｗ
GaN基共振隧穿二极管结构和机理研究
GaN基共振隧穿二极管结构和机理研究GaN基共振隧穿二极管结构和机理研究摘要:GaN基共振隧穿二极管是一种新颖的半导体器件，其在高频和高功率应用领域具有潜在的广阔发展前景。
本文通过对GaN基共振隧穿二极管的结构和机理进行详细研究，分析了其主要特性和优势，并对其应用进行展望。
引言:随着现代电子技术的快速发展，对高功率和高频率应用的需求也越来越迫切。
而传统的硅基半导体器件在高频和高功率应用方面存在一些限制，这促使人们寻求新的材料和器件结构。
氮化镓（GaN）材料因其优异的电子输运特性成为高功率和高频率应用的理想选择。
GaN基共振隧穿二极管是基于GaN材料开发的一种新型器件，具有优异的性能和潜在的应用前景。
1. 结构设计:GaN基共振隧穿二极管的结构相对简单，由P型和N型GaN材料组成。
其核心结构是由P-N结形成的二极管区域。
在二极管结构的一侧，形成了共振隧穿二极管的共振区域，其长度根据设计需求可进行调节。
共振区域的设计目的是通过量子隧穿效应来增强电子的传输和注入。
2. 工作原理:GaN基共振隧穿二极管的工作原理基于量子隧穿效应。
当施加一个正向偏置电压时，在共振区域的电子能级与P型区的价带相对隔离，电子通过量子隧穿效应穿越能带间隔。
这种量子隧穿效应导致电流在低电压下就能流过二极管，并使电流密度在几个数量级上增加。
与传统二极管相比，共振隧穿二极管具有更低的平峰电压、更高的开关速度和更小的失真。
3. 主要特性:GaN基共振隧穿二极管具有许多优异的性能特点。
首先，它具有较低的平峰电压，这使得它能够在低电压下实现高效能源转换。
其次，共振隧穿二极管具有更高的开关速度，有助于实现高频率操作。
此外，它还具有较小的失真，对高精度信号处理非常有利。
因此，GaN基共振隧穿二极管在高频和高功率应用领域具有广阔的应用前景。
4. 应用展望:GaN基共振隧穿二极管的广阔应用前景主要体现在高功率和高频率电子应用领域。
在高功率应用方面，共振隧穿二极管可以被用作高效能源转换器件，可应用于电力电子、电动汽车和航空航天领域。
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。
氮化镓基共振隧穿二极管基础与关键技术研究
氮化镓基共振隧穿二极管基础与关键技术研究氮化镓基共振隧穿二极管基础与关键技术研究引言：在当今电子工业中，高性能快速电子器件的需求不断增长，迫切需要研发新型的高频、高功率器件。
氮化镓（GaN）基共振隧穿二极管（RTD）作为一种最新的半导体器件，具有高速、高功率和高线性度等优越特性，在射频功率放大器、无线通信和雷达等领域具有广阔应用前景。
一、氮化镓基材料特性氮化镓材料以其较高的饱和电子迁移率、较高的热稳定性和宽带隙等特性成为高频、高功率器件研究的关键材料。
氮化镓材料具有优异的热导率和高介电常数，使其能够适应高功率器件对散热和电磁性能的要求。
二、共振隧穿二极管的基本原理共振隧穿二极管是一种基于量子力学效应的器件，其基本原理是通过电子在简并化态、共振隧穿效应下的运动，实现低波导损耗、高速电子传输。
共振隧穿二极管的能带结构和异质结构影响了其电子运动和隧穿概率，从而决定了器件的性能。
三、氮化镓基共振隧穿二极管的关键技术1. 氮化镓材料生长技术：采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）等技术，能够在氮化镓衬底上生长高质量的氮化镓材料，提高器件性能。
2. 异质结构设计：通过设计合适的异质结构，调控能带结构，提高共振隧穿效应。
3. 优化结电容：合理设计限制性通道导管结构，减小电容，提高共振隧穿效率。
4. 优化结电阻：通过优化材料选择和结构设计，减小结电阻，降低功耗。
5. 热稳定性研究：针对高功率应用，研究氮化镓材料的热稳定性，提高器件的可靠性和使用寿命。
四、氮化镓基共振隧穿二极管的应用前景氮化镓基共振隧穿二极管在高频、高功率放大器、射频开关、无线通信和雷达等应用中具有广泛的前景。
其高速、高功率和高线性度等特性使其成为下一代无线通信系统、射频功率放大器和雷达装备中的关键器件。
结论：氮化镓基共振隧穿二极管作为一种新型的半导体器件，具有很强的应用潜力。
通过对氮化镓材料的生长技术和共振隧穿二极管的关键技术的研究，可以进一步提高该器件的性能指标。
讲义2
T=
A3 2 = A1 2
1 M11 2
(2.14.1)
R=
B1 2 A1 2
=
M21 2 M11 2
利用(2.13.1)可以算得单势垒的隧穿几率
(2.14.2)
16
T
=
⎡ ⎢1 ⎣⎢
+
1 4
⎛⎝⎜α
+
1 α
⎞⎠⎟
2
sh 2
⎤ −1 (γa )⎥
⎦⎥
(2.15)
如果γa>>1，则(4.15)式中 1 可以略去， sh2 (γa) ≈ 1 e2γa ，单势垒的隧穿几率可以
中的三个电子能级的共振隧穿。在其他能量处则
隧穿几率很小。
如果双势垒结构中左右势垒的高度和宽度
不同，双势垒的隧穿几率仍可用上述方法计算。 图 2.3 双势垒结构的隧穿几率
只是由于左右两个单势垒的传输矩阵不同，计
算结果比对称双势垒要复杂一些，共振隧穿时
的隧穿几率也略小于 1。 上面讨论的都是方势垒的情况，在实际的器
=
1 2
⎛1 − ⎝⎜1 +
iα iα
1 + iα⎞ 1 − iα⎠⎟
类似地，利用z=z2处的边界条件，可以得到传输矩阵
M3
=
1 2
⎛1+ i ⎝⎜1 − i
α α
1−i α⎞ 1 + i α⎠⎟
满足
(2.7) (2.8)
15
⎛⎝⎜UV22((zz22))⎞⎠⎟
=
M
3
⎛ ⎜ ⎝
UV33((zz22))⎞⎠⎟
E0
z
EF
方法也可以用来计算一些具有复杂形状的势垒结
219332012_共振隧穿二极管THz_辐射源研究进展
第 21 卷 第 5 期2023 年 5 月Vol.21，No.5May，2023太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology共振隧穿二极管THz辐射源研究进展彭雨欣，孟雄，孟得运(江苏大学物理与电子工程学院，江苏镇江212000)摘要：太赫兹技术被称为“改变未来世界十大技术之一”，对基础科学研究、国民经济发展和国防建设具有重要意义，尤其在未来6G通信方面举足轻重。
太赫兹波源是整个太赫兹技术研究的基础，也是太赫兹应用系统的核心部件。
近年来，共振隧穿二极管(RTD)型太赫兹波源因体积小，质量轻，易于集成，室温工作，功耗低等特点受到广泛关注，为太赫兹波推广应用开辟了新的途径。
通过文献分析，本文从器件材料技术、主要工艺及器件性能等方面对InP基与GaN基RTD太赫兹振荡器的发展进行评述，并探讨了InP基与GaN基RTD太赫兹振荡器件的研究方向。
关键词：共振隧穿二级管；太赫兹波源；磷化铟；氮化镓中图分类号：TN15 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2022120Research progress of Resonant Tunneling Diode THz radiation sourcePENG Yuxin，MENG Xiong，MENG Deyun(School of Physics and Electronic Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212000，China) AbstractAbstract：：Terahertz technology is known as “one of the top ten technologies to change the future world”, which is of great significance to basic scientific research, national economic development andnational defense construction, especially in the future 6G communication. Terahertz source is essentialto terahertz technology research and the core component of terahertz application system. In recent years,Resonant Tunneling Diode(RTD) terahertz source has attracted extensive attention because of its smallvolume, light weight, easy integration, room temperature operation and low power consumption, whichopens up a new way for the popularization and application of terahertz. Through literature analysis, thispaper reviews the development of RTD terahertz oscillators based on InP and GaN from the aspects ofdevice material technology, main processes and device properties. At present, how to prepare high-performance, mature and stable InP and GaN based RTD terahertz oscillators has always been a researchdirection.KeywordsKeywords：：Resonant Tunneling Diode；terahertz source；indium phosphide；gallium nitride 太赫兹(THz)波是指频率在0.3~30 THz(波长为1 mm~10 μm)范围内的电磁波，具有高透射性、宽频性、相干性、低能量性、瞬态性和稳定性等特点和优势，在军事、天文、通信、计算机、生物医学、安检成像等领域发挥巨大作用。
GaN基共振隧穿二极管中极化效应的研究
GaN基共振隧穿二极管中极化效应的研究GaN基共振隧穿二极管中极化效应的研究引言：GaN基共振隧穿二极管是一种在功率电子领域中应用广泛的器件，具有高速、高功率和高温特性。
极化效应是GaN基共振隧穿二极管中一个重要的物理现象，它对器件性能和可靠性产生了深远的影响。
本文将探讨GaN基共振隧穿二极管中极化效应的研究进展，包括其机制、对器件电流-电压特性的影响以及相关的理论模型。
一、GaN基共振隧穿二极管的极化效应机制在GaN基共振隧穿二极管中，极化效应主要由两种机制引起：空间电荷极化效应和压应力极化效应。
空间电荷极化效应是由于材料的波函数差异和极化电荷堆积在界面附近，导致能带偏移和电子和空穴分离。
压应力极化效应是由于晶格中的压应力，使能带发生变形，从而引起电子和空穴的重新分布。
二、极化效应对器件电流-电压特性的影响极化效应对GaN基共振隧穿二极管的电流-电压特性产生了明显的影响。
首先，极化效应引起能带偏移，导致器件的阈值电压减小。
其次，极化效应使得电子和空穴重新分布，使得器件的寄生电阻增加。
最后，极化效应引起了载流子的重排，造成了广泛的能带弯曲和能带变窄。
这些影响使得器件在高电场和高温环境下表现出良好的性能。
三、极化效应的理论模型为了更好地理解和描述GaN基共振隧穿二极管中的极化效应，研究者们提出了一系列理论模型。
其中，双势垒模型是一种常用的表征极化效应的模型。
该模型考虑了空间电荷和压应力引起的电子和空穴沟通腔的能带偏移和电子和空穴的输运。
此外，量子力学和半经典理论也被广泛应用于研究极化效应。
结论：GaN基共振隧穿二极管中的极化效应是该器件性能和可靠性的重要因素。
研究表明，极化效应通过改变器件的电流-电压特性、能带结构和载流子输运等方面对器件性能产生了深远的影响。
为了更好地理解和预测器件的性能，研究者们提出了一系列理论模型来描述GaN基共振隧穿二极管中的极化效应。
未来的研究方向包括提高理论模型的准确性和深入探索极化效应在更高温度和更高功率下的行为。
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当左边的导带边上升高过E1，能够隧穿通过势垒 的电子数剧减。对应I-V特性的B-C段。
共振隧穿二极管的特点
1. 高频，高速工作。 高速物理机制，RTD本征电容小，有源区 短。 2. 低工作电压，低功耗。 电压为0.5V左右，工作电流为毫安量级，如 果材料生长过程中做一个预势垒，电流可降 到微安级。 3. 负阻，双稳和自锁特性。 4. 用少量器件完成多种功能。
共振隧穿二极管
学号：51101213025 姓名：郁士吉
典型隧道二极管的I-V特性
双异质结共振隧穿二极管： 一层薄的（<20nm），具有较窄带隙的半 导体材料（如GaAs、InAs或InGaAs），即 所谓的量子阱，夹在两层很薄的（<10nm） 具有宽带隙的半导体材料（如AlGaAs、AlSb、 AlAs）之间。 右图（a）为台面AlAs / GaAs / AlAs 谐振隧穿 二极管的截面图；
其他方面的研究：
微带振荡电路； 多谐振荡电路； 环形振荡电路； 基于共振隧穿二极管的蔡氏电路设计研究； 介观压阻型微压力传感器设计； 一种利用共振隧穿二极管简化电路的分频器设 计等。
参考文献：
钱博森.负阻器件负阻电路及其应用[M].天津：天津大学出版社，1993. John M Doyl著，吴志刚译.脉冲技术基础[M].北京：人民邮电出版社，1981:390415. Lin C H，Yang K，East J R，et a1．Ring oscillator using an RTD—HBT hetero structure[J]．Journal of the Korean Physical Society，2001，39(3)：572—575． 牛苹娟，王伟，郭维廉等.由RTD／MOSFET构成的压控振荡器的设计与实现[J].半 导体学报，2007,28（2）：289-293. 温延敦，张文栋．介观压阻效应[J]．微纳电子技术，2003，7(8)：41--43． 王瑞荣，杜 康，李孟委等.基于共振隧穿二极管的微机械陀螺设计[J].传感技术学 报，2010.5,23（5）:647-650. 张庆伟，温延敦.基于共振隧穿的位移传感器设计[J].传感器与微统,2009,28(2):6667. Wang M X, Sun C X. Light emission effect of double barrier structure Cu-Al2O3-MgF2Au tunnel junction[J ]. Progress in Natural Science( in Chinese) , 2000,10 (5) : 4732477. 王茂祥，聂丽程等.双势垒隧道发光结的结构特点及其性能分析[J].固体电子学研究 与进展,2008.3,28(1):16-19. 郭维廉，共振隧穿二极管中的电荷积累效应[J].纳米器件与技术,2006,4:172-176.
图（b）I-V特性的测量值和理论值。
量子阱的厚度接近德布罗意波长的量级，阱中 电子就被限制在分立的能级上（E1，E2等）， 偏压V=0时热平衡状态的能带图如上图所示。
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。一旦偏 压达到某个值，使阴极一侧导带中被占据的能态 与阱中空能态齐平，共振就发生了。在这一点， 许多电子能够隧穿通过左边的势垒进入阱中，并 接着隧穿通过右边的势垒进入阳极一侧导带中未 被占据的能态。此过程对应I-V特性A-B段。
由RTD／MOSFET构成的压控振荡器
不同于常规压控振荡器形式和压控振荡的调节方式，实现了一种基 于负阻器件共振隧穿二极管与MOSFET结合的新型压控振荡器，虽 然电路模拟可得到的频率变化范围在440-550MHz，但实际中整个 电路受到MOSFET工作频率的限制和分立器件寄生参数影响，实际 测得的频率只有20-26MHz，而且MOSFET与RTD的工艺制作不兼容， 只能进行混合集成。如果选择与RTD工作频率和工艺都较匹配的高 频、高速器件如高速器件高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结晶体 管(HBT)等，这样不但可以提高电路的工作频率，而且可以实现单 片集成。这种压控振荡电路为RTD与其他高速器件的结合提供了一 种新颖的设计思路，因此这一研究对于RTD在高频振荡电路的进一 步应用具有重要的意义。
半绝缘GaAs衬底上。
平面结构
特点：
器件中所有电极接触都位于顶层 同一个平面内。这就需要将纵向器 件底部的电极通过纵向电流通道引 到顶层表面。
基于共振隧穿的位移传感器：
以A1As／GaAs／A1As共振隧穿 双势垒(DBRT)结构薄膜作为力敏 元件，设计的一种压阻式微位移 传感器。偏压为0.85v的情况下 灵敏度为1.1811*104V/m，如果 DBRT结构换成硅或铜镍合金力 敏电阻，设计出同类位移传感器。 通过计算，它们的灵敏度分别为 0.384l *104 V/m和0.1667 *104 V/m。此灵敏度明显高于后两者。 当偏压为0.9V时，S=0.7788 *104 V/m。所以此传感器灵敏 度可调。
共振隧穿二极管的分类
台面型 平面型
台面结构
其发射区(E)、双势垒结构(DBS) 和集电区(C)位于沿垂直方向不同 的层面上。
RTD器件由三个台面构成：
(1)由发射极接触金属AuGeNi构成的顶层台 面，作用是引出发射极接触，在工艺过程 中经常作为腐蚀下一层台面的掩蔽金属层； (2)位于n~GaAs层集电极接触台面，以AuGeNi作为引出电极； (3)压焊点台面为了良好的电绝缘和减小寄生电容，压焊点一般设计在
压控振荡器
压控振荡器实现的方法： 1. 环形振荡器，是将奇数个倒相器串联形成一个回路， 其振荡频率受到倒相器延时的控制； 2. 电感电容谐振回路振荡器，是电感与电容串联或并 联产生谐振，其振荡频率可以由电压控制可变电容 来实现; 除了上面两种比较成熟的 振荡器外，近来研究比较热 的还有由RTD／MOSFET构成 的压控振荡器。
双势垒隧道发光结的结构：
Si-SiO2-Al-Al2O3-Au双势 垒结构和Cu-Al2O3-MgF2-Au 双势垒金属-绝缘体-绝缘体金属隧道结(MIIMJ )。 双势垒隧道发光结的结构和 器件的示意图如右图
Si-SiO2-Al-Al2O3-Au双势垒结构的发射光谱如下图所示：
波长范围约为300～ 700 nm , 谱峰主峰位于480 nm 左右, 而 普通Si-SiO2-Au单栅M IS 结, 其波长范围在500～ 900 nm , 波峰 有两个, 分别位于620 nm 及735 nm 左右。比较可知，存在着较 明显的“蓝移”现象。 所制备的Cu-Al2O3-MgF2-Au结, 其发光光谱波长范围约为250～ 700 nm , 谱峰主峰位于460.8 nm 左右, 而普通Al-Al2O3-Au单栅M IM 结, 其波长范围在500～ 900 nm , 波峰有两个, 分别位于630 nm 及700 nm 左右。同样存在着 较明显的“蓝移”现象。 特点与优势： 电子共振隧穿效应使其发光 光谱的波长范围及谱峰位置比普 通单势垒隧道结均向短波方向发 生了移动, 为实现短波长发光的研 究提供了一条较好的途径。
基于共振隧穿效应的电磁式微机械陀螺仪:
该陀螺的驱动方式采用电磁驱动，电磁驱动方式利用磁场中 产生的安培力来实现,采用共振隧穿二极管所具有的介观压阻效 应检测，大幅度提高微陀螺仪的灵敏度；所设计的结构减小了驱 动模态和检测模态之间的干扰置于z轴方向的匀强磁场中，当驱动导线上通入交变电流时， 驱动导线上产生交变驱动力，该交变驱动力的频率与陀螺的固有频率接近；在交 变驱动力的作用下，质量块沿着驱动 轴( 轴)的方向往复运动，若此时在角 速度输人轴(y轴)输入角速度，根据陀 螺哥氏效应原理，质量块将会在敏感 轴方向(z轴)产生进动，该进动位移 量通过组合梁机构在检测梁的根部产 生应力变化，通过检测RTD电信号的 变化量就可以得到系统在Y方向输入 的角速度大小。
由RTD／MOSFET构成的压控振荡器
参数：RTD 的峰值电压 为0．31 V，谷值电压 为0．65 V，峰值电流 为2．3 mA， 谷值电流 为1 mA，峰值电流密度为7 500 A／cm2，电流峰谷比约为2．3：1， 该RTD的负阻IRN l约为262 Ω。MOSFET选择了 耗尽型场效应管。 当V T固定, Vb增大振荡，周期变小频率增大。 Vb固定， V T增大，输出频率减小。