1 中国工程物理研究院 a.电子工程研究所, 四川绵阳 621999
2 b.微系统与太赫兹研究中心, 四川成都 610200
太赫兹波独特的性质使其在物理学、生物学、医疗诊断、无损检测、无线通信等领域有着广阔的应用前景。共振隧穿二极管(RTD)是一种基于量子隧穿效应的半导体器件, 利用其负微分电阻和直流非线性特性, 可以分别实现太赫兹波的产生和探测, 近年来获得越来越多的关注。基于 RTD的太赫兹探测器具有可室温工作、体积小、易集成、灵敏度高等特点, 使其在未来短距离、超高速的太赫兹无线通信及万物互联等场景具备优势。本文将重点介绍太赫兹 RTD探测器的研究进展及其应用进展, 并对后续技术发展进行展望。
太赫兹探测器 共振隧穿二极管 直接探测 相干探测 terahertz detectors Resonant Tunneling Diodes direct detection coherent detection 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(10): 991
1 中国电子科技集团公司第五十四研究所北京研发中心，北京 100070
2 河北半导体技术研究所专用集成电路国家重点实验室，河北 石家庄 050051
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2.57 μW，直流功耗为8.33 mW，是国内首次报道超过1 THz的振荡器。
太赫兹 共振隧穿二极管 振荡器 THz resonant tunneling diode oscillator
杭州师范大学 国际服务工程学院, 浙江 杭州 311121
单双稳态转换逻辑单元(MOBILE)是基于共振隧穿二极管(RTD)电路的一个重要逻辑单元, 非常适合阈值逻辑电路设计。由MOBILE可以构成阈值逻辑门(TG)和广义阈值逻辑门(GTG)等阈值逻辑电路。本文通过将三变量异或函数转化为较简单、理想的GTG输入输出函数形式, 设计了由GTG构成的新型三变量异或门, 并利用该三变量异或门设计了新型的全加器。通过HSPICE仿真和性能比较, 该全加器不仅器件数量少, 输出延时短, 而且能达到较高的工作频率、更小的电路功耗与功耗-延迟积。
共振隧穿二极管(RTD) 单双稳态转换逻辑单元(MOBILE) 阈值逻辑电路 三变量异或门 全加器 Resonant Tunneling Diode(RTD) MOnostable-BIstable transition Logic Element(MOBIL threshold logic circuit three-variable XOR gate full-adder 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(4): 748
1 中国人民解放军陆军工程大学石家庄校区导弹工程系， 河北 石家庄 050003
2 中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室， 北京 100083
3 首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室， 北京 100048
4 中国科学院大学材料科学与光电技术学院， 北京 100049
采用分子束外延技术制备了基于共振隧穿二极管的探测器样品。为提高探测响应度，探测器采用蝶形天线增强太赫兹电场强度，并以0.2 THz入射频率为参考对天线结构进行设计。测试采用输出功率为20 mW的太赫兹源，室温下在有无太赫兹波辐照时分别进行电流-电压(I-V)测试，峰值电压为1.398 V。对比最大电流值之差，计算得到探测器响应度为20 mA·W-1，噪声等效功率为15 nW·Hz-0.5，并通过测量探测器对不同角度入射太赫兹波的响应，验证了天线对太赫兹电场的增强作用。
光学器件 探测器 太赫兹 蝶形天线 共振隧穿二极管
1 中国工程物理研究院 a.电子工程研究所，四川绵阳 621999
2 b.微系统与太赫兹研究中心，四川成都 610200
紧凑和相干的太赫兹源是太赫兹应用的关键组成，共振隧穿二极管 (RTD)是目前振荡频率最高的电子学器件， RTD太赫兹振荡源具有结构紧凑、功耗低、室温工作、有一定输出功率、易集成、覆盖频率较宽等优点。 InP基RTD太赫兹振荡源在 600 GHz左右的频段内输出功率可达百微瓦量级，可见报道的最高振荡频率为 1.92 THz，输出功率 0.4 μW。RTD振荡源的输出功率可以通过偏置电压进行直接调制，使得其在高容量短距离的太赫兹通信系统中具有很大的优势。目前，InP基RTD太赫兹振荡源成为太赫兹源领域的研究热点。
共振隧穿二极管 太赫兹源 振荡器 太赫兹通信 Resonant Tunneling Diode terahertz source oscillator terahertz communication 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(1): 1
1 中国工程物理研究院 微系统与太赫兹研究中心, 四川 成都 610299
2 四川大学 物理科学与技术学院, 四川 成都 610065
利用Silvaco软件对Al0.2Ga0.8N/GaN共振隧穿二极管(RTD)进行仿真, 重点研究了InGaN子量子阱结构及相应非对称势垒结构设计对其电流特性的影响。对比分析了子量子阱结构中InGaN的In组分和子阱厚度对RTD微分负阻(NDR)特性的影响, 得出了提升器件性能的最佳参数范围。为了克服Al0.2Ga0.8N/GaN RTD势垒低对器件电流峰谷比(PVCR)的影响, 在子量子阱结构的基础上引入了非对称势垒结构设计, 通过改变收集区侧势垒的高度和厚度, 将AlGaN/GaN的Ip和PVCR由基本结构的0.42 A和1.25, 提高到了0.583 A和5.01, 实现了器件性能的优化, 并为今后的器件研制提供了设计思路。
共振隧穿二极管 AlGaN/GaN异质结 InGaN子阱 非对称势垒 Resonant Tunneling Diode AlGaN/GaN heterojunction InGaN sub-quantum-well asymmetric quantum-barrier 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(5): 855
1 广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室, 广西 南宁 530004
2 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100084
针对共振隧穿二极管近红外探测器焦平面阵列本征电流较大的问题，提出了一种通过对共振隧穿二极管近红外探测器双势垒结构(DBS)进行p 型掺杂来抑制电流的方法，并用有限元软件对探测器进行了模拟。研究了单势垒p 型掺杂、双势垒p 型掺杂、双势垒结构p 型掺杂及p 型掺杂浓度对探测器本征电流抑制效果的影响。模拟结果显示，对双势垒结构进行p 型掺杂后，探测器的隧穿峰值电流比非掺杂的双势垒结构的探测器的隧穿峰值电流小将近3个数量级。随着双势垒结构p 型掺杂浓度的增加，器件本征电流会相应地减小。对器件进行了制备以及测试，结果表明，将双势垒结构进行p 型掺杂，对探测器的本征电流有明显的抑制作用。
探测器 共振隧穿二极管 本征电流 有限元仿真 双势垒结构 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 020402
1 军械工程学院纳米技术与微系统实验室, 河北 石家庄 050003
2 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
对一种共振隧穿弱光探测器的分子束外延生长条件进行了研究。对探测器结构进行设计，研究了不同Al束流和不同生长温度下In0.52Al0.48As 材料的生长质量，结合X 射线衍射及原子力显微镜测试结果确定了In0.52Al0.48As 材料的最佳生长条件。研究了不同Ga束流下In0.53Ga0.47As材料的生长质量，并采用一种衬底变温的生长方法解决了恒温生长较厚In0.53Ga0.47As外延层时表面容易出现点状突起的问题，获得了平整的In0.53Ga0.47As外延表面。分别采用恒温和变温的生长方法制备了探测器样品，并对其电流-电压特性及光响应进行了测试，测试结果表明，采用变温生长方法制备的探测器样品具有更高的峰值电流和光响应。
探测器 分子束外延 共振隧穿二极管 黑体响应度
中国电子科技集团公司 第54 研究所，河北 石家庄 050081
针对国际上太赫兹器件技术进展予以概括和分析，提炼出共振隧穿二极管、单向载流子传输光电二极管2 种可行的小型化器件方案。在材料生长和器件结构方面分析了太赫兹波的产生原理和难点，在系统应用方面解释了短距离高速通信的实用案例。目前，采用共振隧穿二极管已实现2.5 Gbps 速率的300 GHz 无线通信演示实验，采用单向载流子传输光电二极管在该频点下实现了12.5 Gbps 的无线通信实验。
太赫兹 共振隧穿二极管 单向载流子传输光电二极管 微纳加工 terahertz resonant tunneling diode uni-travelling carrier photodiode micro and nano fabrication 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(3): 357
