一种新型GaN基二极管研究

发布时间：2020-03-25 01:08

【摘要】：RTD具有高频高速、微分负阻、双稳自锁、能用常规IC技术进行设计和制造等优点,近年来受到广大学者的关注和研究。在改进GaN基RTD性能的研究过程中,我们发现了一种在高压域内表现出密集持续电流振荡特性的GaN基RTD,该新型RTD的电学振荡特性与光学Franz-Keldysh振荡非常类似,故称之为Franz-Keldysh振荡二极管,简称FKOD。FKOD较高偏压域密集电流振荡特性的研究对于开辟面向类似人脑思维的量子逻辑应用以及基于FKOD的量子逻辑电路研究方向可能具有重要的理论意义和现实意义。本文主要针对FKOD器件出现电流振荡特性的微观机理展开基础性研究。本文设计了具有双势垒单势阱结构的GaN基FKOD器件的基本结构,建立了将极化效应考虑在内的一维薛定谔-泊松方程的FKOD器件物理模型,并通过Silvaco TCAD进行了数值求解和模型验证。通过分析总结不同偏压下FKOD器件束缚态和准自由能级分布的仿真结果,发现了一种与RTD器件中量子尺寸效应不同的非常规量子尺寸效应,该非常规量子尺寸效应表现出势阱中束缚态能级和准自由能级随外加偏压变化而产生跳变、简并和劈裂的现象,是揭示FKOD器件微观机理重要理论之一。全面分析不同峰值和谷值偏压下器件的能带分布结果、势阱中电子波函数分布结果、束缚态能级变化以及透射系数变化等仿真结果,最终得出结论:阱中主共振隧穿束缚态能级随偏压增大不断下降和透射系数随偏压增大周期性振荡共同作用,引起了 FKOD高压域电流持续振荡这一行为。对比分析大量仿真测试结果,得出了器件各功能层宽度、势阱深度和势垒高度、电极区重掺杂浓度、极化效应产生的内建极化电场这些结构参数变化对FKOD器件伏安特性影响的规律,为以后优化FKOD器件性能提供了参考。
【图文】：

过去十几年里，，半导体集成电路制造技术一直在Ｉｎｔｅｌ、Ｓａｍｓｕｎｇ和ＴＳＭＣ等半导体制造逡逑厂商巨头的主导下遵循摩尔定律发展，制程工艺水平不断提高：从２００７年的４５ｎｍ，２０１１年逡逑的２２ｎｍ到２０１５年的１６／１４ｎｍ，再到现在的１０ｎｍ、７ｎｍ制程，如图１．１所示［１］。芯片集成度逡逑的提高实现了更高的信息运算和处理速度，降低了芯片的功耗，但也对制造设备和工艺条件逡逑提出了更高的要求。近几年由于晶体管结构、掩膜版精度，光刻图形和光源波长等工艺和关逡逑键技术遭遇瓶颈［２］，以硅基ＣＭＯＳ为代表的集成电路制造发展势头逐渐放缓甚至停滞，器件逡逑特征尺寸即将达到物理极限。据了解，当器件尺寸小于５０ｎｍ时，器件的工作原理将发生根逡逑本性变化，基于玻尔兹曼输运方程的经典和半经典理论已不再适用，尺寸接近甚至小于电子逡逑波波长的器件会出现库伦阻塞、共振隧穿、弹道输运等量子效应。因此开发基于量子效应的逡逑纳米电子器件过程中不得不考虑量子尺寸效应的影响，纳米量子器件取代微电子器件成为发逡逑展的必然趋势［３】。逡逑哪丨丨Ｏ邋ＰＴＯＴＯ—逡逑ｒｙＭｊｐＷ逡逑图１．１邋Ｉｎｔｅｌ制程工艺路线图逡逑纳米量子器件特征尺寸比微电子器件还要小，通常在几纳米到几百纳米之间，符合未来逡逑集成电路更小尺寸化、更高集成度的发展需求

故此，我们称这种电流振荡现象为电学Ｆｒａｎｚ－Ｋｅｌｄｙｓｈ振荡。而将具有这种高偏压域逡逑密集电流振荡特性的ＲＴＤ称为Ｆｒａｎｚ－Ｋｅｌｄｙｓｈ振荡二极管，简称ＦＫＯＤ。ＦＫＯＤ器件的结构逡逑图示意如图１．３所示。逡逑－邋９发射bq

本文编号：2599153