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InP衬底AlAs/In_（0.53）Ga_（0.47）As共振隧穿二极管的设计与研制

作　者: 高金环
导　师: 杨瑞霞；武一宾
学　校: 河北工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 共振隧穿二极管 分子束外延 台面结构 InP衬底 峰谷电流比
分类号: TN311
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


共振隧穿二极管〔RTD〕是一种新型的基于量子共振隧穿效应的两端高速器件,已经在多态存贮、A/D转换、多值逻辑、分频、倍频等方面得到了广泛的应用。RTD器件的快速发展和良好的应用前景,使得对RTD的研究工作显得越来越迫切。本论文主要研究了具有优良性能的InP材料体系共振隧穿二极管（RTD）,通过对结构材料制备和器件制作工艺的改进,成功研制出了国内首例InP基AlAs /In0.53Ga0.47As RTD。首先,根据共振隧穿二极管的基本原理和InP基材料体系的相关特性,提出了AlAs /In0.53Ga0.47As/AlAs两垒一阱的RTD材料结构,用带隙较宽的AlAs作势垒能够有效的减小散射对电流的影响,提高峰谷电流比（PVCR）,同时In0.53Ga0.47As可以与InP衬底完全匹配,从而有效提高外延层的生长质量。材料结构制备使用分子束外延工艺,通过大量的生长试验优化外延条件,确定了较佳的生长温度和生长速率。然后,选择InP（001）半绝缘衬底,进行外延生长,在异质界面处采用间断生长的外延工艺,有效地提高了异质界面的界面质量。生长过程中,通过反射高能电子衍射仪（RHEED）实时观测表面生长状况,对外延条件做出细微调整。用X射线双晶衍射仪和PL谱测试仪对RTD外延片结构进行测试,测试结果与设计相吻合。RTD器件制作选用台面结构,发射极和集电极用AuGeNi做欧姆接触,内引线蒸发TiPtAu。最后,对制作的RTD进行直流参数测试,测得器件室温下的峰谷电流比（PVCR）为7.4,峰值电流密度（Jp）为1.06×105A/cm2。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1-1 课题研究背景  9-10
  1-2 RTD 材料结构的发展  10-13
  1-3 研究内容  13-14
第二章 共振隧穿二极管基本原理  14-24
  2-1 共振隧穿二极管  14-19
    2-1-1 隧穿基本概念  14-15
    2-1-2 双势垒 RTD 的基本工作原理  15-19
  2-2 RTD 隧穿模型  19-21
    2-2-1 相干隧穿模型  19-20
    2-2-2 顺序隧穿模型  20-21
  2-3 影响 RTD 器件性能的因素  21-24
    2-3-1 电子散射  21-22
    2-3-2 空间电荷效应  22
    2-3-3 RTD 的电流成分  22-24
第三章 分子束外延  24-32
  3-1 引言  24-25
  3-2 固态 MBE 生长设备  25-27
  3-3 MBE 材料生长  27-28
    3-3-1 MBE 的动力学模型  27
    3-3-2 生长热力学与局部平衡态  27-28
  3-4 反射式高能电子衍射(RHEED)  28-30
  3-5 衬底处理  30-32
第四章 InP 基 RTD 材料结构的制备  32-40
  4-1 RTD 的材料结构设计  32-35
    4-1-1 两种电流成分的处理  32
    4-1-2 L_b、L_w与器件J_(RT)间的关系  32-33
    4-1-3 势垒高度H_B与电流密度J 的关系  33
    4-1-4 采用隔离层结构  33-34
    4-1-5 发射区掺杂浓度的影响  34
    4-1-6 InP 基RTD 材料结构设计  34-35
  4-2 RTD 外延片的制备和测试  35-40
    4-2-1 结构外延试验  35-36
    4-2-2 结构材料制备  36-37
    4-2-3 外延片测试  37-40
第五章 InP基 RTD器件的制作  40-46
  5-1 RTD 器件结构  40-41
    5-1-1 台面结构  40-41
    5-1-2 平面结构  41
  5-2 器件制作工艺  41-43
    5-2-1 光刻工艺  41-42
    5-2-2 金属化  42-43
  5-3 InP 基 RTD 器件的制作  43-46
     5-3-1 RTD 器件的典型制作工艺  43
    5-3-2 RTD 制造工艺的关键问题  43-44
    5-3-3 InP 基RTD 器件制作  44
    5-3-4 器件直流特性测试  44-46
结论  46-47
参考文献  47-50
致谢  50-51
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果  51

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管 > 二极管：按工艺分
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