太赫茲波段AlGaN-GaN共振隧穿二級(jí)管研究.pdf

1、共振隧穿二極管(RTD)工作頻率高，能產(chǎn)生太赫茲頻波，受到了強(qiáng)烈的關(guān)注，而GaAs、InP材料制作的RTD比較成熟，且最近實(shí)驗(yàn)中報(bào)道，室溫下GaInAs/AlAs RTD工作在1.08THz，輸出功率5.5μW，這是迄今觀察到的RTD最高振蕩頻率。隨著通信對(duì)大功率的要求，GaN等材料的功率優(yōu)勢(shì)凸現(xiàn)出來(lái)，因此GaN基RTD最近受到大量關(guān)注。然而因AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)有強(qiáng)烈的極化效應(yīng)，且GaN及其異質(zhì)結(jié)材料中存在大量的缺陷，它們對(duì)RTD

2、的電流特性影響至關(guān)重要，所以到目前為止，GaN基RTD直流特性很不穩(wěn)定，且會(huì)隨著測(cè)量次數(shù)增加而衰退，更無(wú)法得到穩(wěn)定的太赫茲波。鑒于此，本文重點(diǎn)考慮了界面陷阱對(duì)AlGaN/GaN RTD的影響，對(duì)其直流特性進(jìn)行了相關(guān)研究，并建立其SPICE器件模型，首次得到GaN RTD的交流特性。主要研究成果如下：
　　 1)總結(jié)了當(dāng)今GaN RTD領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和主要問(wèn)題，研究了RTD的工作原理及其各種電流模型和電路模型。同時(shí)，對(duì)比了GaN相

3、對(duì)于GaAs用于RTD制造的優(yōu)勢(shì)，最突出的優(yōu)勢(shì)就是室溫下的輸出功率，GaN基RTD能輸出mW級(jí)，而GaAs RTD卻在μW級(jí)。
　　 2)詳細(xì)研究了勢(shì)壘勢(shì)阱變化，發(fā)射區(qū)摻雜濃度變化，發(fā)射區(qū)Spacer變化，勢(shì)壘Al組分變化在對(duì)GaN RTD器件直流特性的影響。
　　 3)重點(diǎn)研究界面陷阱這一關(guān)鍵因素對(duì)器件電流的影響，得到一定面缺陷密度下，器件直流特性和負(fù)阻特性不會(huì)衰退，在一定面電荷密度下，器件負(fù)阻特性退化厲害，這對(duì)生長(zhǎng)器

4、件具有指導(dǎo)意義。
　　 4)提取了GaN RTD的寄生參數(shù)，建立了器件的電路模型，通過(guò)模型搭建了負(fù)阻振蕩電路。并首次得到GaN RTD的功率和效率。同時(shí)還得到了器件的S參數(shù)，為其他參數(shù)做擬合準(zhǔn)備。
　　 綜上，本文對(duì)AlGaN/GaN RTD進(jìn)行了全面研究，并得到在面缺陷密度高于106cm-2器件負(fù)阻明顯退化，同時(shí)得到AlGaN/GaN RTD振蕩器的穩(wěn)定太赫茲波，在143GHz到1THz的輸出功率為22mW左右，DC-