Современное состояние резонансно-туннельных диодов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учреждение образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Кафедра микро и наноэлектроники

Курсовой проект

по дисциплине "Основы инженерии и научной деятельности":

Резонансно - туннельные диоды. Современное состояние

Выполнил:

Короткевич А. В.

Научный руководитель

Зленко А.В.

Минск 2015

Оглавление

1. Перечень условных обозначений и введение

1.1 Перечень условных обозначений

1.2 Введение

2. Основная часть

2.1 Строение

2.2 Принцип действия

2.3 Резонансное туннелирование в двухбарьерной структуре

2.5 Влияние параметров структуры на вольтамперные характеристики

Заключение

Список использованных источников

1. Перечень условных обозначений и введение

1.1 Перечень условных обозначений

РТД - резонансно - туннельный диод;

РТС - резонансно - туннельная система;

ИС - интегральная схема;

ВАХ - вольт - амперная характеристика;

СВЧ диапазон - сверхвысокочастотный диапазон;

ОДС - отрицательное дифференциальное сопротивление;

ОДП - отрицательная дифференциальная проводимость;

1.2 Введение

В последнее время бурно развивается новая область науки - физика наноструктур. Благодаря достижениям технологии молекулярной эпитаксии удается создавать тонкие слои полупроводников толщиной несколько нанометров (~10-8 м)с границей раздела, равной одному межатомному расстоянию. На основе таких структур возможно создание различных полупроводниковых устройств. Например, на их основе можно построить генератор электромагнитного излучения с частотой до 1012 Гц. Кроме того резонансный туннельный диод интересен как система, в которой довольно просто наблюдать связь между микропараметрами и некоторыми квантовыми свойствами.

Развитие микроэлектроники характеризуются всё возрастающей сложностью ИС, степень интеграции которых удваивается каждые 18 месяцев согласно закону Мура. Постоянное повышение степени интеграции ИС происходит благодаря успехам фотолитографии и масштабированию элементов схем (транзисторов). Так разрешение используемой в коммерческом производстве фотолитографии (минимальная длина затвора) достигло 11 нм, что соответствует длине канала полевого транзистора 5 нм. Есть все основания полагать, что в ближайшее десятилетие технология сможет обеспечить дальнейшее уменьшение размеров элементов ИС. Однако уже давно ведутся исследования альтернативной элементной базы электроники, прежде всего основанной на использовании квантовых эффектов. Эти работы важны потому, что традиционная микроэлектроника приближается к физическому пределу своих возможностей, связанному с неприменимостью классических представлений на малых размерах, сравнимых с длиной волны электрона. Единственным квантовым прибором готовым на сегодняшний день к массовому использованию в электронике является резонансно-туннельный диод.

Резонансный туннельный диод -- полупроводниковый элемент электрической цепи с нелинейной вольт - амперной характеристикой, в котором используется туннелирование носителей заряда через окруженную двумя потенциальными барьерами потенциальную яму.

Резонансный туннельный диод имеет участок вольтамперной характеристики с отрицательной дифференциальной проводимостью.

2. Основная часть

2.1 Строение

В резонансном туннельном диоде используется гетероструктура, в которой потенциальная яма для носителей заряда, например, для электронов, отделена от контактных легированных областей потенциальными барьерами. Например, область потенциальной ямы может состоять из GaAs, области потенциальных барьеров -- из Ga1-xAlxAs, внешние области -- с легированного донорами GaAs

Квантовая механика предсказывает совершенно неожиданное поведение частиц, налетающих на потенциальные барьеры. Как обстоит дело в классической физике? Если полная энергия частицы меньше потенциальной энергии в области барьера, то эта частица отражается и затем движется в обратном направлении. В том случае, когда полная энергия превышает потенциальную, барьер будет преодолен. Квантовая частица ведет себя иначе: она преодолевает барьер подобно волне. Даже если полная энергия меньше потенциальной, есть вероятность преодолеть барьер. Это квантовое явление получило название "туннельный эффект". Оно используется в резонансном туннельном диоде.

Энергетическая схема этого прибора показана на рис. 2.1. Он состоит из двух барьеров, разделенных областью с малой потенциальной энергией. Область между барьерами - это как бы потенциальная яма, в которой есть один или несколько дискретных уровней. Характерная ширина барьеров и расстояние между ними составляют несколько нанометров. Области слева и справа от двойного барьера играют роль резервуаров электронов проводимости, к которым примыкают контакты. Электроны занимают здесь довольно узкий энергетический интервал. В приборе используется следующая особенность двойного барьера: его туннельная прозрачность имеет ярко выраженный резонансный характер. Поясним природу этого эффекта. Для этого предположим, что прозрачность каждого барьера мала. Это, однако, не означает, что одновременно будет мала и вероятность туннелирования через двойной барьер. Оказывается, что в том случае, когда энергия электронов, налетающих на барьеры, равна энергии дискретного уровня, туннельная прозрачность резко возрастает.

Механизм резонансного туннелирования таков: электрон, проникший в область между барьерами, надолго задерживается там, в результате многократного отражения от левого и правого барьеров существенно возрастает вероятность туннелирования. Одновременно можно сказать, что при резонансе из-за интерференции волн во внутренней области гасится волна, отражающаяся от двойного барьера. Следовательно, волна, упавшая слева, полностью проходит направо.

Рисунок 2.1 Схема работы и вольт-амперная характеристика резонансного туннельного диода.

а - разность потенциалов равна нулю; б - на прибор подано резонансное напряжение, при котором ток максимальный; в - напряжение больше резонансного; г - вольт-амперная характеристика. Зеленым цветом показан энергетический уровень в области между двумя барьерами, красным - уровни электронов в области контактов.

Посмотрим теперь, как работает резонансный диод. Ток, протекающий через двойной барьер, зависит от величины приложенного напряжения. Заметим, что потенциал в нашем приборе падает главным образом в области двойного барьера, так как области слева и справа от него обладают высокой проводимостью. Если приложенное напряжение мало и энергия электронов, налетающих на барьер слева, меньше энергии дискретного уровня, то прозрачность барьера и, следовательно, протекающий ток будут малы. Ток достигает максимального значения при таких напряжениях, когда энергия электронов равна энергии дискретного уровня (см. рис. 2.1, б ).

При более высоких напряжениях энергия налетающих электронов станет больше энергии дискретного уровня и туннельная прозрачность барьера уменьшится (см. рис. 2.1, в). При этом ток также уменьшится. Вольт-амперная характеристика резонансного туннельного диода показана на рис. 2.1, г. Мы видим, что на вольт-амперной характеристике имеется максимум (если в области между барьерами не один, а несколько дискретных уровней, то и максимумов будет несколько). Справа от максимума кривая I(V) имеет падающий участок, где ток убывает с ростом напряжения. Можно еще сказать, что на вольт-амперной характеристике имеется участок отрицательногодифференциального сопротивления. Благодаря этому в электронных схемах резонансный диод может использоваться не только как выпрямитель, но и выполнять самые разнообразные функции. Если к центральной области резонансного диода подвести контакт, через который можно управлять положением дискретного уровня, получится новый прибор - транзистор. Из таких транзисторов, по-видимому, и будут строиться интегральные схемы новых поколений.

Работа РТД базируется на эффекте резонансного туннелирования носителей заряда через последовательно расположенные полупрозрачные потенциальные барьеры, разделенные квантовыми ямами. РТД сначала были | опробованы как детекторы излучений терагерцового диапазона, а затем как высокочастотные генераторы. В работе сообщается о достижении частоты генерации 712 ГГц. Был разработан и создан РТД, максимальная частота генерации которого оценивается в 2.2 ТГц. Экспериментально (электрооптическим методом) наблюдалось переключение РТД из пикового состояния в долинное за 1.5 пс. В настоящее время ведутся активные работы по созданию схем, содержащих РТД, для таких функциональных устройств дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов, как генераторы фиксированной частоты, частотные модуляторы и смесители. Необходимо отметить, что не только высокая предельная частота, но и другие характеристики РТД, такие как симметрия его N-образной ВАХ относительно начала координат и пониженный уровень шумов, могут быть практически важными для его применения в уже освоенных диапазонах частот.

Кроме того, в последнее время появилось большое число теоретических и экспериментальных работ, в которых предлагается использовать резонансно-туннельные структуры (РТС) в качестве логических элементов. Монолитный синтез РТС с транзисторными структурами открывает большие возможности в создании приборов со сложными логическими функциями. Подобная интеграция в различных вариантах была осуществлена с полевым транзистором и биполярным транзистором. Монолитная (планарная или вертикальная) интеграция нескольких РТС позволяет формировать компактные ячейки многозначной логики и многозначной памяти, способные уже сейчас конкурировать с обычными транзисторными ячейками. В работе были интегрированы шесть РТД и транзистор с высокой подвижностью электронов на основе InGaAs (high electron mobility transistor -HEMT). В итоге были созданы аналого-цифровой преобразователь и 4-х значный инвертор.

Большие преимущества обещает использование РТД в цифровых интегральных схемах в качестве нелинейной нагрузки для полевых транзисторов. РТД переключаются быстрее, чем НЕМТ (т.е. не ограничивают быстродействия активного прибора), и вертикально интегрируются в сток активного транзистора, не занимая при этом дополнительного места.

В 1999 году корпорация Raytheon объявила о завершении разработки полного технологического процесса для создания схем высокой степени интеграции гигагерцового диапазона рабочих частот на основе монолитно-интегрированных РТД и полевых транзисторов - HEMT/RTD. РТД позволяют улучшить свойства любых транзисторных электронных схем, поскольку схема, сочетающая в себе РТД и транзисторы, обычно имеет меньшее число элементов, меньшее энергопотребление и более высокое быстродействие, чем чисто транзисторная схема. Присущая РТД (с нагрузкой) бистабильность позволяет создавать триггерные схемы без использования обратной связи. Например, описанная в HEMT/RTD схема имеет площадь в 6 раз, а энергопотребление в 3 раза меньше, чем аналогичные НЕМТ-схемы на частоте 25 ГГц. Благодаря меньшему числу элементов сокращаются также задержки на межсоединениях.

По HEMT/RTD технологии созданы ячейки статической оперативной памяти с нановатным потреблением, десятиразрядный сдвиговый регистр, работающий на частоте 2.5 ГГЦ, тактовый генератор на 6.5 ГГц, четырёхбитный АЦП на 2 ГГц и другие устройства. Эти примеры подтверждают высокую перспективность использования РТД в электронике.

Структуры с РТС (с специальным легированием контактных слоев) обладают свойством хранения информации при комнатной температуре и нулевом приложенном напряжении. Данное явление заключается в наличии двух устойчивых состояний системы отличающихся профилем зоны проводимости из-за различия в распределении заряда и, соответственно,туннельной прозрачностью. Каждому состоянию соответствует своя ветвь ВАХ, переход между которыми происходит при повышении напряжения. Такие структуры могут быть использованы для изготовления быстродействующих энергонезависимых запоминающих устройств.

Долгое время серьёзным препятствием для применения РТД оставалась низкая воспроизводимость характеристик РТД, которую относили на счёт несовершенства МЛЭ. В последние годы требуемая высокая воспроизводимость была достигнута. Сейчас основной причиной, по которой не происходит массовое внедрение РТД в электронику, является сложность и дороговизна технологии, а также отсутствие опыта разработки схем с РТД у схемотехников. Для упрощения технологии производства, прежде всего, желательно создать планарные РТС и недавно произошёл существенный прорыв в данном направлении.

Другая проблема заключается в недостаточно высоких статических характеристиках получаемых РТД, вследствие чего они не во всех применениях могут конкурировать с традиционной элементной базой ИС. Важнейшими характеристиками статической (низкочастотной) ВАХ РТД, имеющей Nобразный вид, являются плотность пикового тока Jp и отношение тока в пике 1р к току в долине Iv (отношение пик/долина) -- у. Для использования РТД в качестве компонентов СВЧ устройств определяющим параметром является Jp, который определяет частоту и мощность генерации. В данном случае необходимо увеличение плотности пикового тока. Из имеющихся литературных данных

*J А интерес представляют РТД с Jp>\0 А/см . При использовании РТД в цифровых интегральных схемах плотность пикового тока определяется конкретным проектируемым устройством и зависит от размеров изготавливаемых элементов 0 и требуемых мощностных режимов. Принципиальным в данном случае является уменьшение долинного тока, так как /v определяет потребляемую мощность элемента в состоянии логического нуля. Минимизация /у автоматически увеличивает отношение пик/долина. При этом решается проблема надежности регистрации логических уровней в элементах ИС. Рост у также способствует улучшению других статических и динамических характеристик проектируемых устройств. Поэтому основная задача в области создания приборов с резонансным туннелированием заключается в получении воспроизводимым образом относительно больших пиковых плотностей тока (103- 105 А/см2) и отношений пик/долина более 10 при 300 К. резонансный диод туннелирование вольтамперный

2.2 Принцип действия

Резонансный туннельный диод - это первое реальное устройство с квантовой ямой и барьерами. Он был создан Лео Эсаки и Чангом в 1974 году. Идея прибора была предложена раньше. Это сделал Л. Иогансен в 1963 году

Через гетероструктуру с высокой вероятностью проходят только те электроны, энергия которых совпадает с энергией квантованных уровней в потенциальной яме. Электроны с большей или меньшей энергией через структуру пройти не могут. При повышении приложенного к гетероструктуре напряжения энергия электронов в контактном слое растет. Когда она становится равной энергии квантованного уровня внутри ямы, через структуру начинает проходить электрический ток. Однако при дальнейшем повышении напряжения на диоде электроны набирают большую энергию и снова не могут проходить через гетероструктуры -- сила тока падает. Как следствие, возникает область отрицательной дифференциальной проводимости.

Действие РТД основано на прохождении свободных носителей заряда (электронов) сквозь узкийпотенц. барьер благодаря квантовомеханич. процессу туннелирования (см. Туннельный эффект). Посколькувероятность туннельного просачивания электронов через барьер в значит. мере определяется шириной области пространств. заряда в p-n -переходе, РТД изготовляют на основе вырожденных полупроводников (сконцентрацией примесей до 1025- 1027 м -3). При этом получается резкий p-n -переход с толщинойзапирающего слоя 5-15 нм. При изготовлении РТД обычно применяют Ge и GaAs; реже используют Si, InSb,In As, PbTe, GaSb, SiC и др. полупроводниковые материалы. Для германиевых диодов в качестве донорныхпримесей, как правило, используют P или As, в качестве акцепторных - Ga и Аl; для арсенид-галлиевых - Sn,Pb, S, Se, Те (доноры), Zn, Cd (акцепторы). Узкий р - n -переход получают чаще всего методом вплавления.

Первый РТД создан на основе Ge Л. Эсаки (L. Ezaki) .
Изобретение РТД экспериментально подтвердило существование процессов туннелирования в твёрдых телах. Туннельный механизм переносазаряда обусловливает N- образный вид вольт-амперной характеристики РТД (рис. 2.2). На рис. 2 приведеныупрощённые энергетич. диаграммы p-n -перехода РТД при разл. напряжениях смещения U. В отсутствие внешнего смещения (рис. 2.3, а )ферми-уровни в вырожденном (по обе стороны от перехода)полупроводнике находятся на одной высоте соответственно в валентной зоне и зоне проводимости (т. е.уровень Ферми постоянен по всему

полупроводнику). Примем, что все разрешённые энергетичесике уровни, расположенные ниже уровня Ферми, заняты, а расположенные выше него свободны. Тогда при U=0 туннельный переход невозможен и ток I равен нулю (точка А на рис. 2.2). Если на РТД подать небольшое прямое напряжение, то происходит уменьшение высоты потенциального барьера или смещение энергетических уровней p -области относительно энергетич. уровней n- области (рис. 2.3, б). В этом случае электроны проводимости из n- области туннелируют сквозь потенциальный барьер (не меняя своей энергии) на разрешённые свободные энергетичесике уровни валентной зоны p -области - в РТД появляется туннельный ток I т, направление к-строгопротивоположно направлению движения электронов (точка Б на кривой 2, рис. 2.2). С увеличением U ток Iсначала растёт до значения I макс (точка В на кривой 2, рис. 2.2), а затем (по мере того как уменьшается степень перекрытия зоны проводимости и-области и валентной зоны p -области) убывает. Начиная с нек-рого значения U мин, эти зоны не перекрываются (рис. 2.3, в ) и туннельный ток прекращается (точка Г накривой 2, рис. 2.2); через р - n -переход течёт только диффуз. ток I д. При U>U мин РТД подобен обычному полупроводниковому диоду, включённому в прямом направлении.

При подаче напряжений обратного направления (рис. 2.3, г) в РТД существует ток за счёт электронов, туннелирующих из валентной зоны p -области на свободные разрешённые энергетические уровни зоны проводимости и-области; этот ток быстровозрастает с увеличением обратного напряжения.

U- напряжение смещения на туннельномдиоде; I/I макс -отношение тока через диод к току в максиме ВАX; I мин -ток в минимуме ВАX(отнесённый к I макс); U макс и U мин -напряжения смещения, соответствующие токам I макс и I мин; I т -туннельный ток; I д -диффузионный (тепловой) ток.

Рисунок 2.2. ВАX РТД на основе Ge (1 )и GaAs (2)

(U1 и U2 - прямые смещения, U3 - обратное смещение); -верхняя граница валентной зоны; -нижняя граница зоны проводимости; - уровни Ферми дырок и электронов; -ширина запрещённой зоны; W- ширина p- n -перехода; I, и I д - туннельный и диффузионный токи; е -заряд электрона.

Рисунок 2.3 Энергетические диаграммы p-n -перехода туннельного диода при различных напряжениях смещения.

Основные параметры РТД: максимальный прямой ток I макс и минимальный прямой ток I мин, соответствующие им напряжения U макс и U мин. (значения этих параметров для РТД на GaAs и Ge приведены на рис. Г); отрицательное дифференцированное сопротивление, определяемое наклоном падающего участка ВАХ (ВГ на кривой 2.3, рис. 2.2),имеет значения (по абс. величине) для разл. типов РТД от единиц до десятков Ом РТД могут работать в более широком интервале темп - р, чем обычные диоды, изготовленные на основе того же материала (до 200°С германиевые; до 600 °С арсенидгаллиевые). Поскольку рабочий диапазон смещений РТД расположен вобласти значительно более низких напряжений по сравнению с другими полупроводниковыми приборами, то они относительно маломощны (выходная мощность порядка мВт).

Малая инерционность процесса туннелирования электронов позволяет применять РТД на частотах СВЧ-диапазона вплоть до десятков ГГц.Предельная рабочая частота РТД (при использовании его в качестве прибора с отрицат. сопротивлением)выражается через параметры эквивалентной схемы (рис. 2.4) в виде

а резонансная частота паразитных колебаний определяется формулой Для усиления РТД необходимо, чтобы выполнялись условия , где f о - рабочая частота. Величинами R п С п, rs, а соответственно и частотными характеристиками диода можно управлять, если изменять степень легирования областей полупроводника пообе стороны от р-n -перехода (сувеличением степени легирования частотный предел РТД возрастает).Частотные соотношения РТД накладывают также ограничения на технологию изготовления и конструктивное оформление диодов: в РТД чтобы достичь малых L к, электрический контакт к вплавленной металличесокй капле накристалле полупроводника выполняют с помощью металлической мембраны, ленточного лепестка или пластины; при этом L к составляет 10-10 Гн. Обычно РТД оформляются в металлокерамическом корпусе.

Рисунок 2.4 Эквивалентная схема туннельного диода.

R п и С п -дифференциальное сопротивление иёмкость р -n- перехода; rs- омическое сопротивление потерь; Lk. и С к - индуктивность и ёмкостькорпуса.

РТД находят применение в схемах усилителей и генераторов СВЧ-диапазона, в быстродейств.переключающих устройствах, устройствах памяти с двоичным кодом и РТД.

2.3 Резонансное туннелирование в двухбарьерной структуре

В отсутствие напряжения, ток через структуру равен нулю. При приложении электрического поля потенциальный барьер для электронов снижается, и они могут туннелировать из слоя слева (эмиттер) в слой справа (коллектор).

Рисунок 2.5 Зонная диаграмма и вольтамперная характеристика резонансно - туннельного диода

Таким образом, будет заполняться нижний уровень в яме, лежащий ниже EF - уровня Ферми, ток при этом будет медленно расти. При дальнейшем увеличении напряжения, уровни в яме двигаются вниз по шкале энергии относительно уровня Ферми. При некотором напряжении уровень Ферми попадает в резонанс (сравнивается по энергии) с подзоной размерного квантования. Тогда электроны могут резонансным образом туннелировать в яму, затем выйти из нее, протуннелировав через второй барьер.
Это приводит к резкому возрастанию туннельного тока. Данное явление называется резонансным туннелированием.

При дальнейшем повышении напряжения, туннельный ток резко падает, создавая, таким образом, область с отрицательным дифференциальным сопротивлением (см. рис.1). Далее, повышая напряжение, при совпадении уровня Ферми со следующим уровнем размерного квантования в яме, эффект повторяется. Таким образом, можно наблюдать осцилляции туннельного тока. Расстояние между максимумами будет пропорционально расстоянию между уровнями в яме. В дальнейшем, идея создания ОДС в полупроводниковых структурах получила свое продолжение для сверхрешеток.

Крайние слои резонансно-туннельного диода являются высоколегированными, и к ним присоединяются омические контакты. В результате развития технологии молекулярной эпитаксии такие структуры стало возможным создавать на основе гетеропереходов GaAs/AlxGa1-xAs [3, 4]. Высота барьеров в таких структурах изменяется по мере увеличения содержания Al от 0,25 эВ при x=0,3 до 1,35 эВ при х=1. Типичные ширины барьеров и ямы имеют значения 5ч10 нм.

Поскольку барьеры имеют конечную высоту, то электроны не полностью локализованы внутри ямы, и квазиуровни в яме имеют конечную ширину ДЕ?h/фn [5], где время релаксации

,

Частота классического движения в яме

D1, D2 - амплитуды прохождения через 1 и 2 барьеры,

|D1|2,|D2|2 -коэффициенты прохождения через 1 и 2 барьеры,

kn - волновой вектор, соответствующий квазиуровню в яме.

Для прямоугольных барьеров коэффициент прохождения через всю структуру вблизи энергии квазиуровня En приближенно можно представить

,

Максимальное значение |D|2=1 будет при Е=Еn и |D1|=|D2| согласно формуле (2).

На рис.(2-7) представлены результаты моделирования в пакете Mathematica. Метод расчета коэффициента прохождения в полупроводниковых наноструктурах изложен в . Алгоритм расчета предложен в.

Из рисунка видно, что с увеличением энергии квазиуровня, возрастает и ширина пика коэффициента прохождения ДЕ. При увеличении энергии туннелирования экспоненциально возрастают значения коэффициентов прохождения через барьеры |D1|2,|D2|2, что приводит к уменьшению , согласно формуле (1), и, поэтому, к увеличению ДЕ.

2.4 Влияние параметров структуры на вольтамперные характеристики

При наложении внешнего электрического поля изменяется форма и высота барьеров так, что амплитуды прохождения D1, D2 становятся разными, поэтому общий коэффициент прохождения |D|2 будет уменьшаться, согласно формуле (2)

Изменяя высоту или ширину одного или двух барьеров можно добиться того, что при заданном значении напряжения коэффициент прохождения опять станет максимальным (риc. 6,7). Таким образом, увеличение высоты второго барьера фактически возвращает равенство коэффициентов прохождения D1 и D2, что приводит к результирующему увеличению коэффициента прохождения всей структуры согласно (2).

Величина и ширина пика зависимости коэффициента прохождения от энергии определяют вид вольтамперной характеристики. При низких температурах, когда kT<<м, где м - уровень Ферми, ток через диод можно записать [8]:

,

Приближенно, при |D1|=|D2| (строго говоря, |D1| ? |D2| из-за разной высоты и формы барьеров при подаче напряжения) из (2) и (3) получим [5]:

Основными параметрами вольтамперной характеристики, определяющими рабочие характеристики резонансно-туннельного диода являются отношение максимального и минимального (после падающего участка) тока и максимальное значение отрицательной дифференциальной проводимости gmax.

Интеграл (4) берется аналитически, откуда можно получить следующие оценки:

,

Максимальный ток, как видно из выражения (5), пропорционален ширине квазиуровня ( ) , а не зависит от . Эти выводы получены в приближении |D1|=|D2|, поэтому реальные значения и могут более сложным образом зависеть от параметров структуры.

Заключение

Туннелирование играет важную роль во многих полупроводниковых приборах.

Резонансно-туннельный диод, предложенный впервые Иогансеном Л.В. [1, 2], представляет собой двухбарьерную структуру с квантовой ямой . Важной характеристикой резонансно-туннельного диода является наличие падающего участка на вольтамперной характеристике, другими словами появления отрицательного дифференциального сопротивления или отрицательной дифференциальной проводимости. С помощью ОДС можно скомпенсировать потери, вносимые в схему положительным сопротивлением.

Это дает возможность его использования в работе усилителей, высокочастотных генераторов, преобразователей напряжения. Для простоты понимания работы подобного прибора можно ограничиться рассмотрением структуры с двумя барьерами и одной квантовой ямой. Качественное объяснение ВАХ основано на энергетической структуре квантовой ямы. Она представляет собой дискретную систему уровней размерного квантования. В общем случае, положение квантоворазмерных уровней и соответствующих им волновых функций в яме можно рассчитать, решая стационарное уравнение Шрёдингера. Волновые функции частиц, локализованных в яме не равны нулю на границах ямы, а плавно спадают вглубь барьеров. Таким образом, возможно туннелирование сквозь барьер.

Список использованных источников

1. "Моделирование и оптимизация резонансно-туннельного диода"

2. Составители: канд. физ.-мат. наук, доцент Агарев В. Н., канд. физ.-мат. наук, доцент Хазанова С. В., магистрант Абросимов А. С., магистрант Дегтярев В. Е.

Размещено на Allbest.ru