太赫兹频段InP基共振隧穿二极管及其振荡器的研究
发布时间：2021-04-07 16:42
近年来,太赫兹（THz）波独特的性质使得其在高速无线通信、安检成像等领域表现出巨大的应用潜力,其中紧凑和室温工作的太赫兹源是其应用系统的关键组成。基于磷化铟（InP）基共振隧穿二极管（RTD）的太赫兹振荡器以其结构紧凑、室温工作、有一定输出功率和覆盖频率较宽等优点而受到了广泛的关注。然而,目前限制InP基RTD振荡器应用的主要因素是其输出功率偏低（一般不足1 mW）。本文通过研究提升RTD器件性能、RTD器件精确测试与建模和振荡电路阻抗匹配特点,为提升RTD振荡器输出功率奠定基础,主要开展了 RTD器件材料结构优化设计、可精确控制结区面积的器件制备工艺、RTD器件测试建模和RTD振荡电路阻抗匹配等四部分的研究:1.提出并验证了优化发射极隔离层厚度来提升RTD振荡器功率密度的方法。理论上研究了 RTD分层材料结构对器件电学性能的影响规律,针对材料结构设计中RTD器件负微分电导区域的电压宽度和电流宽度难以同时增大的问题,提出了优化发射极隔离层厚度的方法,进行了相应的In0.8Ga0.2As/AlAsRTD材料结构设计,并完成实验验证。2.RTD器件结区面积直接决定了器件的功率和频率特性,同...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２常见太赫兹源的功率水平??
采用了渐变的发射极结构来减小集电极耗尽区渡越时间，另外，采用薄势垒层来减小共??振隧穿时间常数，利用这两种方法实现的ＲＴＤ振荡器室温下基波振荡频率超过了?ＩＴＨｚ。??图１．?４显示了采用渐变发射极结构（实线）和不采用渐变发射极（虚线）的ＲＴＤ能带??图，渐变结构通过改变分层丨ｎ含量实现。由于这些渐变层的导带比发射极晶格匹配部??分（Ｉｎ含量为０．５３）的导带高，发射极导带对准势阱中谐振能级所需要的电压就比不加??渐变结构所需要的电压小，这可以减小集电极耗尽层中的电场强度，进而抑制电子在「??能带和Ｌ能带之间的迁移。??５??
—．??ｗ／ｏ?ｇｒａｄｅｄ?ｅｍｉｔｔｅｒ??图１．?４带渐变发射极和不带渐变发射极的ＲＴＤ导带结构图１７１１??２〇丨３年，东京工业大学Ｓａｆｕｍｉ?Ｓｕｚｕｋｉ等利用偏馈缝隙天线的方法来提高单个ＲＴＤ??振荡器的输出功率｜５２］，该方法可较好实现天线和ＲＴＤ之间的阻抗匹配，通过优化偏置??度、天线结构等，理论上在５００ＧＨｚ的输出功率能接近ｌｍＷ；制作了振荡频率在??５３０－５９０ＧＨＺ范围内的ＲＴＤ振荡器（ＲＴＤ台面面积为１．４，２），输出功率约为４０〇ｈＷ；??同时，该文献采用了二元阵列来进一步提高输出功率，电路结构如图１．５所示，该电路??可以实现相互注入锁模，在６２０ＧＨｚ处的输出功率高达６１〇ｎＷ，用相同的方法制作的二??元阵列，在７７０ＧＨｚ和８１０ＧＨｚ处输出功率分别为２７０ｐＷ和１８０ｐＷ；为得到更高的功??率输出
【参考文献】：
期刊论文
[1]光刻技术在微电子设备上的应用及展望[J]. 华冰鑫,李敏,王莉. 科技资讯. 2017(17)
[2]光刻技术的历史与现状[J]. 楼祺洪,袁志军,张海波. 科学. 2017(03)
[3]共振隧穿型太赫兹波振荡器设计[J]. 毛陆虹,贺鹏鹏,赵帆,郭维廉,张世林,谢生,宋瑞良. 固体电子学研究与进展. 2015(05)
[4]基于RTD材料结构与参数的RTO设计与模拟[J]. 李艳辉,毛陆虹,郭维廉,赵帆. 微波学报. 2015(04)
[5]光刻技术在微电子设备上的应用及展望[J]. 任杰. 电子技术与软件工程. 2015(04)
[6]基于共振隧穿机制的太赫兹波振荡器特性模拟[J]. 牛萍娟,于莉媛,毛陆虹,郭维廉. 电工技术学报. 2014(12)
[7]基于RTO的失调馈送缝隙天线的研究[J]. 曲海涛,李建雄,李运祥,毛陆虹. 天津工业大学学报. 2014(01)
[8]High peak-to-valley current ratio In0.53Ga0.47As/AlAs resonant tunneling diode with a high doping emitter[J]. 王伟,孙浩,滕腾,孙晓玮. Journal of Semiconductors. 2012(12)
[9]利用共振隧穿器件制作太赫兹波源[J]. 郭维廉,牛萍娟,李晓云,谷晓,何庆国,冯志红,田爱华,张世林,毛陆虹. 微纳电子技术. 2010(10)
博士论文
[1]太赫兹波段GaN基共振隧穿器件的研究[D]. 陈浩然.西安电子科技大学 2015
本文编号：3123819
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２常见太赫兹源的功率水平??
采用了渐变的发射极结构来减小集电极耗尽区渡越时间，另外，采用薄势垒层来减小共??振隧穿时间常数，利用这两种方法实现的ＲＴＤ振荡器室温下基波振荡频率超过了?ＩＴＨｚ。??图１．?４显示了采用渐变发射极结构（实线）和不采用渐变发射极（虚线）的ＲＴＤ能带??图，渐变结构通过改变分层丨ｎ含量实现。由于这些渐变层的导带比发射极晶格匹配部??分（Ｉｎ含量为０．５３）的导带高，发射极导带对准势阱中谐振能级所需要的电压就比不加??渐变结构所需要的电压小，这可以减小集电极耗尽层中的电场强度，进而抑制电子在「??能带和Ｌ能带之间的迁移。??５??
—．??ｗ／ｏ?ｇｒａｄｅｄ?ｅｍｉｔｔｅｒ??图１．?４带渐变发射极和不带渐变发射极的ＲＴＤ导带结构图１７１１??２〇丨３年，东京工业大学Ｓａｆｕｍｉ?Ｓｕｚｕｋｉ等利用偏馈缝隙天线的方法来提高单个ＲＴＤ??振荡器的输出功率｜５２］，该方法可较好实现天线和ＲＴＤ之间的阻抗匹配，通过优化偏置??度、天线结构等，理论上在５００ＧＨｚ的输出功率能接近ｌｍＷ；制作了振荡频率在??５３０－５９０ＧＨＺ范围内的ＲＴＤ振荡器（ＲＴＤ台面面积为１．４，２），输出功率约为４０〇ｈＷ；??同时，该文献采用了二元阵列来进一步提高输出功率，电路结构如图１．５所示，该电路??可以实现相互注入锁模，在６２０ＧＨｚ处的输出功率高达６１〇ｎＷ，用相同的方法制作的二??元阵列，在７７０ＧＨｚ和８１０ＧＨｚ处输出功率分别为２７０ｐＷ和１８０ｐＷ；为得到更高的功??率输出
【参考文献】：
期刊论文
[1]光刻技术在微电子设备上的应用及展望[J]. 华冰鑫,李敏,王莉. 科技资讯. 2017(17)
[2]光刻技术的历史与现状[J]. 楼祺洪,袁志军,张海波. 科学. 2017(03)
[3]共振隧穿型太赫兹波振荡器设计[J]. 毛陆虹,贺鹏鹏,赵帆,郭维廉,张世林,谢生,宋瑞良. 固体电子学研究与进展. 2015(05)
[4]基于RTD材料结构与参数的RTO设计与模拟[J]. 李艳辉,毛陆虹,郭维廉,赵帆. 微波学报. 2015(04)
[5]光刻技术在微电子设备上的应用及展望[J]. 任杰. 电子技术与软件工程. 2015(04)
[6]基于共振隧穿机制的太赫兹波振荡器特性模拟[J]. 牛萍娟,于莉媛,毛陆虹,郭维廉. 电工技术学报. 2014(12)
[7]基于RTO的失调馈送缝隙天线的研究[J]. 曲海涛,李建雄,李运祥,毛陆虹. 天津工业大学学报. 2014(01)
[8]High peak-to-valley current ratio In0.53Ga0.47As/AlAs resonant tunneling diode with a high doping emitter[J]. 王伟,孙浩,滕腾,孙晓玮. Journal of Semiconductors. 2012(12)
[9]利用共振隧穿器件制作太赫兹波源[J]. 郭维廉,牛萍娟,李晓云,谷晓,何庆国,冯志红,田爱华,张世林,毛陆虹. 微纳电子技术. 2010(10)
博士论文
[1]太赫兹波段GaN基共振隧穿器件的研究[D]. 陈浩然.西安电子科技大学 2015
本文编号：3123819
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