西安电子科技大学化合物半导体材料与器件课件第六章 量子器件与热电子器件PPT文件格式下载.pptx

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,化合物半导体器件,6.1隧道二极管,6.1.1隧穿系数T,图6.1（a）一维势垒，（b）波函数穿过势垒的示意化图合物半导体器件,（a）,（b）,粒子通过一维势阱的隧穿,经典理论：

若能量小于势垒高度，粒子总被反射回来。

量子理论：

若能量小于势垒高度，粒子以一定的几率隧穿过势垒。

6.1隧道二极管,6.1.2I-V特性三个电流分量：

1）带间隧道电流（Band-to-Bandtunnelingcurrent）2）过剩电流（Excesscurrent）3）热电流（Thermalcurrent）正向特性：

负阻现象峰值电压Vp处有峰值电流Ip；

谷底电压Vv处有谷底电流Iv；

反向特性：

电流单调增加图6.3隧道二极管的典型静态电流电压特性化合物半导体器件,化合物半导体器件,6.1隧道二极管,（d）反向偏置,能带图：

载流子发生隧穿的条件：

在结的两边，一侧具有被占居的能量状态，另一侧具有空的能量状态；

结两边的能量状态位于同一能级。

IP/IV：

决定负电阻的大小（衡量TD好坏）图6.4四种状态下，隧道二极管的简化能带图。

（a）未加偏置，未达到峰值电压；

（b）正向偏置，接近谷值电压；

（c）正向偏置，有热电流流过；

化合物半导体器件,隧道二极管共振隧道二极管（RTD）热电子器件,第六章量子器件与热电子器件,6.2共振隧道二极管,图6.6有限深势阱的隧穿效应化合物半导体器件,6.2.1谐振隧穿结构双异质势垒结构：

窄禁带半导体夹在两层宽禁带半导体之间，形成一个量子阱和两个势垒。

双异质势垒的共振隧穿机制（条件）：

约束粒子的势垒宽度与德布罗意波长相当；

约束势垒高度有限。

1）器件结构：

n+GaAs/AlAs/GaAs/AlAs/n+GaAs4个异质结：

2个势垒，1个势阱；

两端重掺杂；

势垒宽度LB=1.7nm，,W,势阱宽度L=4.5nm。

化合物半导体器件,6.2共振隧道二极管,图6.8（a）双势垒结构及其分立能级（b）隧穿系数随电子能量的变化关系,2）能带图：

双势垒：

单势阱：

两端n+GaAs：

3）电子能量与隧穿系数的关系-隧穿效应谐振隧穿几率：

若是对称结构当入，则射电TE子=T的C；

能量等于势阱中的分立能级En时，T=1；

。

6.2共振隧道二极管,6.2.2I-V特性,图6.9谐振隧道二极管的电流电压关系曲线,负微分电阻特性,化合物半导体器件,6.2共振隧道二极管,图6.11InAs/AlSb/GaSb结构的双势垒谐振带间隧道二极管,6.2.3谐振带间隧道二极管器件结构：

InAs/AlSb/GaSb/AlSb/InAs势阱：

GaSb的价带中器件特点：

谷底电流小,RTD特点：

寄生电容小，可工作在很高的频率下（fT可达THz）。

RTD的应用：

超快脉冲产生电路、T赫兹信号振荡器、T赫兹雷达探测系统等。

（a）热平衡,（b）非热平衡,化合物半导体器件,隧道二极管共振隧道二极管热电子器件,化合物半导体器件,第六章量子器件与热电子器件,6.3热电子器件,热电子：

Hot-electron，动能远大于kT的电子。

特征：

其有效电子温度Te大于晶格温度。

产生机制：

器件尺寸缩小，导致内部电场增大，使部分电子处于高能状态（远大于kT）。

6.3.1热电子异质结双极晶体管（hot-electronHBT）器件结构能带图载流子输运基区渡越器件特征,图6.12热电子异质结双极晶化体合管物半的导能体带器件图,6.3热电子器件,6.3.2实空间转移晶体管（realspacetransfer,transistor）,1）热电子转移现,象,发生热电子转移，产生负阻效应的条件：

晶格温度足够低ECkTECEg图6.13热电子在实际空间中的转移,化合物半导体器件,由于热电子转移产生了负阻效应的现象。

6.3热电子器件,2）实空间转移晶体管-,（R1S）TTInGaAs/InAlAs体系

（2）GaAs/AlGaAs体系-（负阻场效应晶体管）,6.3.2实空间转移晶体管（realspacetransfertransistor）,图6.21三周期负阻振荡器结构,化合物半导体器件,6.3热电子器件,图6.21单极THET的导带图和对应的I-V曲线位置,（b）VBE=2E1/q,化合物半导体器件,（c）VBE2E1/q,6.3.3隧穿热电子晶体管（单极性共振隧道晶体管）（TunnelingHotElectronTransistor/）输运特点：

与热电子晶体管不同，电子通过隧穿越过势垒。

能带特点：

发射区与基区之间是双势垒共振隧穿结构。

特点：

负阻现象VBE=0,