化合物半導體負阻器件模擬、設計及其應用的研究.pdf

1、異質(zhì)結雙極晶體管(HeterojunctionBipolarTransistor簡稱HBT)是異質(zhì)結電子器件重要的一種。而微分負阻異質(zhì)結晶體管(NDRHBT)為三端負阻器件，具有負阻、雙穩(wěn)和自鎖等特性，備受關注。早在1951年，肖克萊就提出了異質(zhì)結雙極晶體管的概念。1957年，Kroemer又比較系統(tǒng)地提出了異質(zhì)結雙極晶體管的理論，從而引起了人們的極大興趣。1972年，由于化合物半導體工藝的發(fā)展，開始有異質(zhì)結晶體管的報道，與此同時，硅材

2、料的HBT也在研制中。十幾年前第一只多晶硅發(fā)射極晶體管問世，由于硅上生長了GaAs技術和SiGe合金技術的發(fā)展，又引起了新的HBT的結構的出現(xiàn)，HBT解決了發(fā)射效率和基區(qū)電阻之間在基區(qū)摻雜問題上呈現(xiàn)出的矛盾，使雙極器件的發(fā)展向前推進了一大步；另一方面，很早就有人發(fā)現(xiàn)了Ⅲ/Ⅴ族化合物HBT的輸出特性曲線在大電流和高功率輸出時，呈現(xiàn)負阻現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是高功率溫升和電流增益負溫度系數(shù)引起的。 共振隧穿器件(ResonantTunnel

3、ingDevice)是基于量子隧穿現(xiàn)象的一種負阻器件，它具有響應速度快、工作頻率高、低電壓、低功耗和多功能等特性，令人矚目。以兩端負阻器件RTD為例，其峰谷間轉(zhuǎn)換頻率理論預計可達1.5～2.5THz，開關時間達1.7ps；完成一個異或(XOR)邏輯功能，TTL電路需33個器件，CMOS需16個器件，而RTD只需4個器件。利用這些特點，RTD可在多態(tài)存貯、A/D轉(zhuǎn)換、多值邏輯、分頻、倍頻等方面得到廣泛的應用。由于NDRHBT和RTD器件快

4、速發(fā)展和良好的應用前景，對兩、三端負阻器件及應用顯得越來越迫切。本論文從NDRHBT和RTD的設計理論、材料設計和制備、器件結構和工藝的設計、NDRHBT和RTD測試和分析方法、以及相關器件的模擬、NDRHBT應用電路等方面，對兩、三端負阻器件進行了深入研究。 主要成果如下： 1、設計、研制出具有一定水平的InGaAs/GaAs微分負阻異質(zhì)結雙極晶體管。并且，系統(tǒng)地總結出有關NDRHBT的設計理論和實踐的經(jīng)驗。