化合物半导体器件-第六章量子器件与热电子器件

化合物半导体器件

CompoundSemiconductorDevices

微电子学院

戴显英

2010.5隧道二极管共振隧道二极管热电子器件第六章量子器件与热电子器件量子效应：如CMOS器件，随栅氧化层厚度的减小，电子隧穿进入氧化层，导致栅击穿。热载流子效应：当其能量达到或超过Si/SiO2

界面势垒时，热载流子便会注入到SiO2层，产生界面态、氧化层陷阱或被陷阱俘获，使氧化层电荷增加或波动不稳。第六章量子器件与热电子器件隧道二极管

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图

（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隧道二极管图6.3隧道二极管的典型静态电流电压特性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1）峰值电压Vp处有峰值电流Ip；2）谷底电压Vv处有谷底电流Iv；反向特性：电流单调增加

6.1隧道二极管图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；（d）反向偏置能带图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6.2.1谐振隧穿结构图6.6有限深势阱的隧穿效应双异质势垒的共振隧穿机制（条件）：1）约束粒子的势垒宽度与德布罗意波长相当；2）约束势垒高度有限。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。器件结构：n+GaAs/AlAs/GaAs/AlAs/n+GaAs1）4个异质结：2个势垒，1个势阱；2）两端重掺杂；3）势垒宽度LB=1.7nm，势阱宽度LW=4.5nm。

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谐振隧穿几率：若是对称结构，则TE=TC；当入射电子的能量等于势阱中的分立能级En时，T=1；。能带图电子能量与隧穿系数的关系-隧穿效应

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

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（a）热平衡，（b）非热平衡6.2.3谐振带间隧道二极管势阱：GaSb的价带中器件结构：InAs/AlSb/GaSb/AlSb/InAs器件特点：谷底电流小隧道二极管共振隧道二极管热电子器件

第六章量子器件与热电子器件

6.3热电子器件6.3.1热电子异质结双极晶体管（hot-electronHBT）图6.12热电子异质结双极晶体管的能带图1）器件结构2）能带图3）载流子输运4）基区渡越5）器件特征热电子：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热电子器件6.3.2实空间转移晶体管（realspacetransfertransistor）1）热电子转移现象图6.13热电子在实际空间中的转移

6.3热电子器件2）实空间转移晶体管-RSTT6.3.2实空间转移晶体管（realspacetransfertransistor）图6.21三周期负阻振荡器结构（1）InGaAs/InAlAs体系（2）GaAs/AlGaAs体系

-（负阻场效应晶体管）

6.3热电子器件6.3.3隧穿热电子晶体管（TunnelingHotElectronTransistor）图6.21单极THET的导带图和对应的I-V曲线位