共振隧穿器件及其應(yīng)用

前言

　　微電子器件的特征尺寸正在向納米尺度發(fā)展，電子運(yùn)動(dòng)的維度受到了約束，電子運(yùn)動(dòng)的主要方式由擴(kuò)散和漂移向隧穿和躍遷轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)了量子點(diǎn)器件、量子線器件、單電子器件、單分子器件、單自旋器件、碳納米管、共振隧穿二極管和三極管等許多新型的量子器件，納電子器件領(lǐng)域可謂百花爭艷，半導(dǎo)體器件及其集成電路領(lǐng)域正在醞釀著重大的突破。　　在當(dāng)今所有的量子器件中，共振隧穿器件離實(shí)用化的距離最近，并且具備高頻高速、少量器件就能實(shí)現(xiàn)多種邏輯和模擬功能、易于集成為微電子和光電子單片集成電路等突出優(yōu)勢，因而成為21世紀(jì)20年代前后實(shí)現(xiàn)微電子后續(xù)小型化的希望之一。因此，對(duì)共振隧穿器件及其集成電路進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)的研究有著重要的實(shí)際意義?！　鴥?nèi)在共振隧穿器件方面的研究工作不多。天津大學(xué)、中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所和物理研究所開展了材料、器件和基本電路單元方面的某些研究工作。郭維廉老師是國內(nèi)此項(xiàng)研究的開拓者。他在天津大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)任職教授和在專用集成電路國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任職研究員期間，就一直進(jìn)行著共振隧穿器件的系統(tǒng)研究工作，他的研究組和學(xué)生是國內(nèi)第一個(gè)共振隧穿二極管、共振隧穿三極管以及單穩(wěn)雙穩(wěn)邏輯轉(zhuǎn)換基本單元電路的設(shè)計(jì)者和參加者。郭維廉老師編著的《共振隧穿器件及其應(yīng)用》一書全面地闡述了共振隧穿器件的物理基礎(chǔ)、器件模型、設(shè)計(jì)制造和測試方法，以及其構(gòu)成的各種微波、毫米波和數(shù)字電路的工作原理和設(shè)計(jì)等，我相信該書對(duì)于此領(lǐng)域的研究生和科研工作者會(huì)有很好的指導(dǎo)和參考價(jià)值。

內(nèi)容概要

　  本書是一本全面、系統(tǒng)地講述共振隧穿器件及其應(yīng)用的著作。全書共10章，第1～3章為共振隧穿二極管的物理基礎(chǔ)、器件模型和模擬以及器件設(shè)計(jì)、制造與參數(shù)測量；第4～6章為各種類型的共振隧穿二極管、晶體管以及共振隧穿型光電器件；第7～9章為共振隧穿器件在模擬電路、數(shù)字電路和光電集成中的應(yīng)用；第10章論述了共振隧穿器件及其應(yīng)用的發(fā)展趨勢。    本書可作為微電子專業(yè)本科生或研究生選修課程的教材或主要參考書，也可供從事新型半導(dǎo)體器件、高頻和高速化合物半導(dǎo)體器件、納米量子器件及其集成技術(shù)領(lǐng)域研究的科研人員參考。

書籍目錄

《半導(dǎo)體科學(xué)與技術(shù)叢書》出版說明序前言緒論  0.1　共振隧穿器件  0.2　共振隧穿器件的特點(diǎn)  0.3　共振隧穿器件的分類  0.4　共振隧穿器件的應(yīng)用  參考文獻(xiàn)第1章　共振隧穿二極管概述和物理基礎(chǔ)  1.1　共振隧穿二極管的概述    1.1.1　RTD的工作原理    1.1.2　RTD的設(shè)計(jì)    1.1.3　RTD的參數(shù)及測試　1.2　RTD的物理模型    1.2.1　RTD的量子力學(xué)基礎(chǔ)    1.2.2　雙勢壘單勢阱結(jié)構(gòu)共振隧穿的兩種物理模型    1.2.3　不同維度下隧穿的特征　1.3　RTD中電荷積累效應(yīng)    1.3.1　RTD的電荷積累與負(fù)阻區(qū)本征雙穩(wěn)態(tài)    1.3.2　簡化的勢阱電荷方程    1.3.3　發(fā)射區(qū)存在積累層，勢阱有積累電荷和集電區(qū)存在耗盡層時(shí)的勢阱電荷方程    1.3.4　負(fù)阻區(qū)本征雙穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)生  1.4　強(qiáng)磁場中的共振隧穿效應(yīng)    1.4.1　不含磁性材料RTD的強(qiáng)磁場共振隧穿效應(yīng)    1.4.2　勢阱含磁性材料的RTD-自旋選擇磁RTD  1.5　不對(duì)稱勢壘和不對(duì)稱勢阱結(jié)構(gòu)的共振隧穿效應(yīng)    1.5.1　不對(duì)稱勢壘結(jié)構(gòu)的共振隧穿效應(yīng)    1.5.2　不對(duì)稱勢阱結(jié)構(gòu)的共振隧穿效應(yīng)  參考文獻(xiàn)第2章　共振隧穿二極管的器件模型和模擬　2.1　電路模擬、器件模型和器件模擬  2.2　RTD的直流器件模型    2.2.1　基于物理參數(shù)FV方程RTD模型    2.2.2　高斯函數(shù)、指數(shù)函數(shù)RTD直流模型  2.3　利用ATLAS器件模擬軟件進(jìn)行RTD器件模擬    2.3.1　ATLAS模擬軟件簡介    2.3.2　RTD器件模擬  2.4　利用維格納函數(shù)-泊松方程模擬RTD I-V特性    2.4.1　RTD　I-V特性負(fù)阻區(qū)平臺(tái)（plateau-like）結(jié)構(gòu)    2.4.2　數(shù)值計(jì)算和維格納函數(shù)方程一泊松方程    2.4.3　模擬結(jié)果對(duì)RTD　J-V特性負(fù)阻區(qū)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的解釋    2.4.4　用模擬結(jié)果分析負(fù)阻區(qū)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和滯后特性隨RTD結(jié)構(gòu)參數(shù)變化  2.5　RTD交流小信號(hào)等效電路模型    2.5.1　簡單的RNC等效電路模型    2.5.2　量子阱電感LQW等效電路模型    2.5.3　集電極耗盡區(qū)渡越時(shí)間等效電路模型    2.5.4　理論綜合等效電路模型    參考文獻(xiàn)……第3章　共振隧穿二極管的設(shè)計(jì)、制造、測量和可靠性第4章　帶間共振隧穿二極管和鍺硅/硅共振隧穿二極管第5章　共振隧穿晶體管第6章　共振隧穿型光電器件第7章　共振隧穿器件在微波、毫米波電路中的應(yīng)用第8章　共振隧穿器件在高速數(shù)字電路中的應(yīng)用第9章　RTD光控單-雙穩(wěn)邏輯轉(zhuǎn)換單元　第10章　共振隧穿器件及其集成技術(shù)發(fā)展趨勢和目前研究熱點(diǎn)　附錄

章節(jié)摘錄

　　8．2RTD／HEMTMOBILE瞬態(tài)特性分析　　如8．1節(jié)所述，由RTD和HEMT構(gòu)成的單一雙穩(wěn)轉(zhuǎn)換邏輯單元（MOBILE）是一種多輸入端、多功能、高速的基本邏輯單元電路。以它為基礎(chǔ)可以構(gòu)成諸如基礎(chǔ)邏輯門、觸發(fā)器、柔性邏輯、神經(jīng)元、分頻器等更為復(fù)雜的邏輯電路。這些高速電路的瞬態(tài)特性是非常重要的特性，因?yàn)樗苯哟_定了這些電路在高速工作條件下運(yùn)行時(shí)的電路性能。本節(jié)將對(duì)MOBILE的瞬態(tài)特性采用折線近似法進(jìn)行深入地分析。另一方面，RTD和HEMT器件特性參數(shù)對(duì)MOBILE的性能特別是瞬態(tài)響應(yīng)特性和開關(guān)速度有很大影響。分析研究RTD和HEMT器件參數(shù)對(duì)MOBILE瞬態(tài)特性的影響，對(duì)提高由MOBILE構(gòu)成的各種數(shù)字電路的頻率和工作速度有直接的影響。

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