Chapter03_947104101

Chapter03_947104101 - 1 第三章...

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Unformatted text preview: 1 第三章 量子共振隧道效应与器件 2 z 第一节 量子共振隧道效应 z 第二节 共振隧道二极管、三极管 ( RTD , RTT ) z 第三节 RTD 单稳-双稳逻辑单元 2 3 第一节 量子共振隧道效应 图 9 双势垒单势阱能带 (a) 及穿透几率 (b) 示意 用 MBE 等方法制 成纳米层异质结 构,通过能带工 程得到图 9 (a) 所 示的双势垒相间 一个势阱的结构。 其 中 φ B 为 势 垒 高 , d b 为 势 垒 宽, W 为中间势 阱的宽度。 4 此系统的一维薛定谔方程为: (17) 令 ψ (Z) 为平面波(其中下标 i 指在第 i 层) (18) ( ) ( ) ( ) ( ) Z E Z Z dz d Z m dz d Z i ψ ψ φ = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + ⋅ ⋅ − 1 2 2 h ( ) Z iK i Z iK i i i i e B e A Z − + = ψ 3 5 (18) 代入 (17) ,并利用边界条件: 几率密度连续 几率流密度连续 便可解出系数 A 5 , B 5 与 A 1 , B 1 的关系。 ( ) ( ) i i i i z z 1 + = ψ ψ ( ) ( ) i i i i i i z dz d m z dz d m 1 1 1 1 + + ⋅ = ⋅ ψ ψ 6 因输出端 B 5 =0 ,由此可推得,隧道穿透 几率: (19) 2 1 2 5 5 1 1 5 A A m m K K T C ⋅ ⋅ = = 输入量子几率密度流 输出量子几率密度流 4 7 图 9 是 一 个 GaAs/AlAs/GaAs/ AlAs/GaAs 构 成 的双垒单阱结构 (a) 和其 T C 随输入 电子能量 E 关系的 计算结果 (b) 。 图 9 双势垒单势阱能带 (a) 及穿透几率 (b) 示意 8 按照量子力学,在势垒很窄(≈ λ )条 件下,势阱内的电子能量是量子化的,而 且 , 即 使 入 射 的 电 子 能 量 远 低 于 势 垒 高 度,当其等于一些量子化能级时,隧道穿 透几率 T C 可以接近于 1 ;相反,其它情况 T C 接近于零。这就是 量子共振隧道效应 。而 且,即使在电子能量高于势垒时, T C 也不 始终等于 1 ,而是波动的。显然,上述量子 隧穿现象是由 电子的波动性 所导致的。 5 9 量子共振隧道效应 ( Davis 、 Hossack , 1965 ,对称双垒共振隧道 ) z 显示了粒子的 波动性 ,依照经典理论, 粒子是不可能穿透势垒的。 z 电子本征能量等于势阱中的空能级时, 隧穿几率接近于 1 ,可以几乎无散射地穿 过势垒。 z 隧穿时间, t = e/I = C/G Tunnel time ~ 10-14 seconds z 隧穿电导, G = I/V = IC/e 10 第二节 共振隧道二极管、三极管 图 10(a) RTD 的结构 RTD Off RTD On 6 11 在二个势垒两侧加上欧姆接触后,加 电压,使左边为正,右边为负(见图 10(a) 下图),则随电压差的提高,左边的能带 底不断上升,等于入射电子能量 E S 的上 升,当 E S 等于阱内第一能级 E 1 时, T C 迅速 上升,但电压进一步提高,因相应于 E S 已 没有与之共振的 E 1 ,所以 T C 又迅速下降。 12 T C 的这一改变,反映在器件的伏安特性 上,就出现了负微分电阻,见图 10(b) 。不 同电压下电流的计算公式除了 T C 外,还应 包 括 电 子 态 密 度 的 按 能 量 分 布 和 费 米 分...
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This note was uploaded on 03/28/2011 for the course EE 40260112 taught by Professor Tianlingren during the Fall '10 term at Tsinghua University.

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