RTD/HEMT串联型RTT的设计与研制

依据RTD/HEMT串联型RTT的概念,设计了RTD/HEMT单片集成材料结构,该结构采用分子束外延技术生长.采用湿法化学腐蚀、金属剥离、台面隔离和空气桥互连技术,研制了RTD/HEMT串联型RTT,并对RTT及RTT中RTD和HEMT的直流特性进行了测试.测试结果表明:在室温下,器件具有明显的栅控负阻特性,正接型RTT的最大峰谷电流之比在2.2左右,反接型RTT的最大峰谷电流之比在4.6左右.实验为RTD/HEMT串联型RTT性能的优化和RTD/HEMT单片集成电路的研制奠定了基础.     

RTD与HEMT在InP衬底上的单片集成

在半绝缘的50nm InP衬底上采用分子束外延的方法生长了RTD与HEMT的集成材料结构.RTD室温下峰谷电流比最高达到18.39,阻性截止频率大于20.05GHz.栅长为1μm的HEMT截止频率为19.8GHz,最大跨导为237mS/mm.由多个RTD串联形成的多峰值逻辑以及HEMT栅压调节RTD电流的特性也得以验证.     

一种基于RTD和HEMT的单片集成逻辑电路

介绍了一种基于共振隧穿二极管(RTD)和高电子迁移率晶体管(HEMT)的单片集成电路.采用分子束外延技术在GaAs底层上重叠生长了RTD和HEMT结构.RTD室温下的峰谷电流比为5.2∶1,峰值电流密度为22.5kA/cm2.HEMT采用1μm栅长,阈值电压为-1V.设计电路称为单稳态-双稳态转换逻辑单元(MOBILE).实验结果显示了该电路逻辑运行成功,运行频率可达2GHz以上.     

InP基RTD/HEMT集成的几个关键工艺研究

用MBE设备在半绝缘的InP衬底上依次生长高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料和共振遂穿二极管(RTD)外延材料,在此材料结构基础上研究和分析了RTD与HEMT器件单片集成工艺中的隔离工艺、欧姆接触工艺、HEMT栅挖槽工艺和空气桥工艺等几步关键工艺,给出了这些工艺的相关参数。利用上述工艺成功地制作了RTD和HEMT器件,并在室温下分别测试了RTD器件和HEMT器件的电学特性。测试表明:在室温下,RTD器件的峰电流密度与谷电流密度之比(PVCR)为3.66;HEMT器件的最大跨导约为370 mS/mm,在Vds=1.5 V时的饱和电流约为391 mA/mm。这将为RTD与HEMT的单片集成研究奠定工艺基础。     

RTD与HEMT在InP衬底上的单片集成

在半绝缘的50nm InP衬底上采用分子束外延的方法生长了RTD与HEMT的集成材料结构.RTD室温下峰谷电流比最高达到18.39,阻性截止频率大于20.05GHz.栅长为1μm的HEMT截止频率为19.8GHz,最大跨导为237mS/mm.由多个RTD串联形成的多峰值逻辑以及HEMT栅压调节RTD电流的特性也得以验证.     

RTD与PHEMT集成的几个关键工艺

在新型的共振隧穿二极管(RTD)器件与PHEMT器件单片集成材料结构上,研究和分析了分立器件的制作工艺,给出了分立器件的制作工艺参数.利用上述工艺成功制作了RTD和PHEMT器件,并在室温下分别测试了RTD器件和PHEMT器件的电学特性.测试表明:在室温下,RTD器件的峰电流密度与谷电流密度之比提高到1.78;PHEMT器件的最大跨导约为120mS/mm,在Vgs＝0.5V时的饱和电流约为270mA/mm.这将为RTD集成电路的研制奠定工艺基础.     

RTD/HEMT串联型共振隧穿三极管的设计与研制

对RTD/HEMT串联型共振隧穿三极管进行了设计和研制.测量结果表明:最大电流峰谷比为17.6∶1,棚压对峰值电压调控能力在1.5～7.7范围内,-3dB截止频率为4GHz,此种器件可与HEMT在结构和工艺上兼容,可应用于HEMT高速电路.     

平面型RTD与BJT构成的串联单元特性分析

采用了n+-GaAs衬底和硼离子注入的新型工艺实现了共振隧穿二极管(RTD)的平面化,解决了台面型RTD工艺的不足,得到常温电流峰谷比为2.51∶的平面型RTD(PRTD);利用高级设计系统ADS电路模拟和实验测量对PRTD与BJT串联单元的不同串联方式的电压-电流特性进行了深入分析。这一特性的研究对RTD与异质结双极晶体管(HBT)、MOSFET、高电子迁移率晶体管(HEMT)等三端器件的结合具有普遍意义。     

InP材料体系RTD的研制

报道了InP衬底AlAs /In0.53Ga0.47As/AlAs结构共振隧穿二极管(RTD)的研制过程.衬底片选用(001)半绝缘InP单晶片,结构材料使用分子束外延(MBE)技术制备,并用PL谱对外延片进行测试,器件采用台面结构.测得RTD器件室温下的峰谷电流比(PVCR)为7.4,峰值电流密度(Jp)为1.06×105A/cm-2,是国内首例成功的InP材料体系RTD.     

InP基共振隧穿二极管太赫兹振荡器的设计与实现

利用InP基共振隧穿二极管（RTD）和加载硅透镜的片上天线设计实现了超过1 THz的振荡器。采用Silvaco软件对RTD模型进行仿真研究,分析了不同发射区掺杂浓度、势垒层厚度、隔离层厚度以及势阱层厚度等对器件直流特性的影响规律。对研制的RTD器件直流特性测试显示：峰值电流密度Jp为359.2 kA/cm²,谷值电流密度Jv为135.8 kA/cm²,峰谷电流比PVCR为2.64,理论计算得到的器件最大射频输出功率和振荡频率（fmax）分别为1.71 mW和1.49 THz。利用透镜封装的形式对采用Bow-tie片上天线和RTD设计的太赫兹振荡器进行封装,测试得到振荡频率超过1 THz,输出功率为2.57μW,直流功耗为8.33 mW,是国内首次报道超过1 THz的振荡器。     

一种高性能InP基谐振隧穿二极管的研制

设计并用分子束外延技术生长了InP基InGaAs/AlAs体系RTD材料,采用传统湿法腐蚀、光学接触式光刻、金属剥离、台面隔离和空气桥互连工艺,研制出了具有优良负阻特性和较高阻性截止频率的InP基RTD单管，器件正向PVCR为17.5,反向PVCR为28,峰值电流密度为56kA/cm^2,采用RNC电路模型进行数据拟合后得到阻性截止频率为82.8GHz，实验为今后更高性能RTD单管的研制,以及RTD与其他高速高频三端器件单片集成电路的设计与研制奠定了基础。     

RTD与PHEMT集成的几个关键工艺

在新型的共振隧穿二极管(RTD)器件与PHEMT器件单片集成材料结构上，研究和分析了分立器件的制作工艺，给出了分立器件的制作工艺参数．利用上述工艺成功制作了RTD和PHEMT器件，并在室温下分别测试了RTD器件和PHEMT器件的电学特性．测试表明：在室温下，RTD器件的峰电流密度与谷电流密度之比提高到1.78;PHEMT器件的最大跨导约为120mS/mm,在Vgs＝0.5V时的饱和电流约为270mA/mm．这将为RTD集成电路的研制奠定工艺基础．     

基于共振隧穿二极管的集成电路研究

RTD基集成电路所具有的超高速、低功耗和自锁存的特性，使其在数字电路、混合信号电路以及光电子系统中有着重要的应用。首先对RTD与化合物半导体HEMT，HBT以及硅CMOS器件的集成工艺进行了介绍。在MOBILE电路及其改进和延伸的基础上，对高速ADC／DAC电路和低功耗的存储器电路进行了具体的分析。最后对RTD基电路面临的主要问题和挑战进行了讨论，提出基于硅基RTD与线性阈值门（LTG）逻辑相结合是未来纳米级超大规模集成电路的最佳发展方向。     

基于RTD与CMOS的新型数字电路设计

纳米电子器件RTD与CMOS电路结合,这种新型电路不仅保持了CMOS动态电路的所有优点,而且在工作速度、功耗、集成度以及电路噪声免疫性方面都得到了不同程度的改善和提高。文中对数字电路中比较典型的可编程逻辑门、全加器电路进行了设计与模拟,并在此基础上对4×4阵列纳米流水线乘法器进行了结构设计。同时讨论了在目前硅基RTD器件较低的PVCR值情况下实现相应电路的可行性。     

Fabrication of an AlAs/In0.53Ga0.47As/InAs Resonant Tunneling Diode on InP Substrate for High-Speed Circuit Applications

在InP衬底上采用感应耦合等离子体刻蚀技术制备了高性能的AlAs/In0.53Ga0.47As/InAs共振隧穿二极管.正向偏压下PVCR=7.57,Jp=39.08kA/cm2;反向偏压下PVCR=7.93,Jp=34.56kA/cm2.在未去除测试电极和引线等寄生参数影响下,面积为5μm×5μm的RTD的阻性截止频率为18.75GHz.最后对非对称的I-V特性进行了分析讨论.     

高峰谷电流比的高掺杂发射区In0.53Ga0.47As/AlAs共振隧穿二极管

利用空气桥工艺设计和制作了高掺杂发射区In0.53Ga0.47As/AlAs共振隧穿二极管（RTD）。在室温下,器件的峰谷电流比大于40,峰值电流密度为24kA/cm2。建立了RTD器件等效电路模型,并从直流和微波测试结果中提取出器件参数。高峰谷电流比的RTD器件具有非常小的电容,有利于在微波/太赫兹领域中的应用。     

共振隧穿二极管的设计、研制和特性分析

用分子束外延技术在半绝缘GaAs衬底上生长制备了不同结构的AlAs/GaAs/InGaAs两垒一阱RTD单管.经过材料生长设计和工艺的改进,测得室温下器件的最高PVCR为2.4,峰值电流密度达到36.8kA/cm2.进行直流参数测试,得到RTD的I-V特性曲线,对量子阱宽度和帽层厚度对I-V特性的影响进行了分析.     

用于高速电路的InP基共振隧穿二极管制作

在InP衬底上采用感应耦合等离子体刻蚀技术制备了高性能的AlAs/In0.53Ga0.47As/InAs共振隧穿二极管.正向偏压下PVCR=7.57,Jp=39.08kA/cm2;反向偏压下PVCR=7.93,Jp=34.56kA/cm2.在未去除测试电极和引线等寄生参数影响下,面积为5μm×5μm的RTD的阻性截止频率为18.75GHz.最后对非对称的I-V特性进行了分析讨论.