绪论 1
0.1共振隧穿器件 1
0.2共振隧穿器件的特点 1
0.3共振隧穿器件的分类 2
0.4共振隧穿器件的应用 3
参考文献 3
第1章 共振隧穿二极管概述和物理基础 5
1.1共振隧穿二极管的概述 5
1.1.1 RTD的工作原理 5
1.1.2 RTD的设计 9
1.1.3 RTD的参数及测试 11
1.2 RTD的物理模型 13
1.2.1 RTD的量子力学基础 13
1.2.2双势垒单势阱结构共振隧穿的两种物理模型 15
1.2.3不同维度下隧穿的特征 18
1.3 RTD中电荷积累效应 20
1.3.1 RTD的电荷积累与负阻区本征双稳态 20
1.3.2简化的势阱电荷方程 21
1.3.3发射区存在积累层，势阱有积累电荷和集电区存在耗尽层时的势阱电荷方程 24
1.3.4负阻区本征双稳态的产生 27
1.4强磁场中的共振隧穿效应 27
1.4.1不含磁性材料RTD的强磁场共振隧穿效应 27
1.4.2势阱含磁性材料的RTD-自旋选择磁RTD 33
1.5不对称势垒和不对称势阱结构的共振隧穿效应 37
1.5.1不对称势垒结构的共振隧穿效应 37
1.5.2不对称势阱结构的共振隧穿效应 43
参考文献 46
第2章 共振隧穿二极管的器件模型和模拟 49
2.1电路模拟、器件模型和器件模拟 49
2.2 RTD的直流器件模型 50
2.2.1基于物理参数I-V方程RTD模型 50
2.2.2高斯函数、指数函数RTD直流模型 51
2.3利用ATLAS器件模拟软件进行RTD器件模拟 53
2.3.1 ATLAS模拟软件简介 53
2.3.2 RTD器件模拟 54
2.4利用维格纳函数-泊松方程模拟RTD I-V特性 57
2.4.1 RTD I-V特性负阻区平台（plateau-like）结构 57
2.4.2数值计算和维格纳函数方程-泊松方程 57
2.4.3模拟结果对RTD J-V特性负阻区平台结构的解释 60
2.4.4用模拟结果分析负阻区平台结构和滞后特性随RTD结构参数变化 62
2.5 RTD交流小信号等效电路模型 66
2.5.1简单的RN C等效电路模型 67
2.5.2量子阱电感LQw等效电路模型 68
2.5.3集电极耗尽区渡越时间等效电路模型 69
2.5.4理论综合等效电路模型 71
参考文献 75
第3章 共振隧穿二极管的设计、制造、测量和可靠性 77
3.1 RTD的材料结构设计 77
3.1.1 RTD材料设计的重要性和核心问题 77
3.1.2 RTD材料结构设计原则 78
3.1.3 RTD材料结构设计范例与分析 80
3.2 RTD器件结构及制造工艺 84
3.2.1 RTD器件结构分类 84
3.2.2几种重要的RTD器件结构 84
3.2.3 RTD器件制造工艺 90
3.2.4对平面型RTD（PRTD）的改进 92
3.2.5 InP基RTD的设计与制造 96
3.3 RTD器件参数及测量方法 99
3.3.1 RTD直流负阻参数及其测量方法 99
3.3.2 RTD的I- V特性和直流参数的异常现象所反映出的问题 101
3.3.3 RTD等效电路电学参数及其测量方法 102
3.3.4频率响应和开关时间参数的测量 107
3.4 RTD的串联电阻及其测量方法 111
3.4.1 RTD串联电阻的形成 111
3.4.2 RTD串联电阻对器件参数的影响 112
3.4.3 RTD串联电阻Rs的测量方法 113
3.4.4减少串联电阻Rs的方法 117
3.5 RTD I-V特性表观正阻产生的机理 117
3.5.1 RTD I- V特性表观正阻问题的背景 117
3.5.2为澄清有关问题而进行的试验 118
3.5.3 RTD和串联电阻Rs反相器双稳态模型 122
3.5.4利用RTD／Rs反相器双稳态模型验证表观正阻产生机理 123
3.6 RTD的可靠性和抗辐射能力 124
3.6.1 RTD可靠性实验研究 124
3.6.2 RTD抗辐射能力的研究 127
参考文献 131
第4章 带间共振隧穿二极管和锗硅／硅共振隧穿二极管 135
4.1带间共振隧穿二极管 135
4.1.1隧穿器件的分类和RITD在各类隧穿器件中的特殊性 135
4.1.2 RITD器件特点和分类 136
4.1.3 RITD的物理机制和物理模型 137
4.1.4 Ⅱ类异质结RITD 140
4.1.5 p-n双势阱Ⅰ类RITD 142
4.1.6 δ掺杂RITD 145
4.2锗硅／硅共振隧穿二极管 147
4.2.1 GeSi／Si RTD的三种结构 147
4.2.2空穴型GeSi／Si RTD 147
4.2.3应力型 GeSi／Si RTD 149
4.2.4 GeSi／Si带间共振隧穿二极管（GeSi／Si-RITD） 153
4.2.5利用GeSi RITD构成的单-双稳逻辑转换单元（MOBILE） 156
4.2.6 GeSi／Si RITD的最新进展 157
参考文献 164
第5章 共振隧穿晶体管 166
5.1共振隧穿晶体管的特点、定义和分类 166
5.1.1共振隧穿晶体管的特点 166
5.1.2 RTT的定义和分类 166
5.2 GRTT 167
5.2.1肖特基自对准栅GRTT 167
5.2.2沟槽栅型RTT 169
5.2.3 pn结GRTT 171
5.2.4高PVCR高峰值跨导栅型RTT（GRTT）的设计与研制 172
5.3复合型RTT 179
5.3.1共振隧穿金属半导体场效应晶体管 179
5.3.2共振隧穿异质结双极晶体管 179
5.3.3共振隧穿高电子迁移率晶体管（RTD／ HEMT型RTT） 183
5.3.4 DBS共振隧穿热电子晶体管 191
5.3.5高PVCR、高栅压对峰值电压调控比RTT的设计与研制 194
5.4共振隧穿晶体管的反相器统一模型 200
5.4.1各种RTT结构与特性的回顾 200
5.4.2共振隧穿晶体管I-V特性的分类 200
5.4.3 RTT按器件结构分类和统一模型的提出 202
5.4.4利用RTT的反相器统一模型分析RTT的I-V特性 204
5.4.5不同I-V特性的RTD和FET构成RTT的各种类型I-V特性 206
5.4.6 RTT反相器统一模型与实验结果的比较 208
5.4.7 RTT反相器统一模型与电路模拟结果相比较 208
参考文献 209
第6章 共振隧穿型光电器件 211
6.1 RTD型光探测器 211
6.1.1 ORTD器件结构 211
6.1.2 ORTD工作原理 211
6.1.3 ORTD特性参数 213
6.2波导型光电RTD 214
6.2.1光波导型RTD器件结构和工作原理 214
6.2.2光波导型RTD测量结果和器件模型 216
6.3电场开关型RTD光电调制器（RTD-EAM） 217
6.3.1 RTD电场变化原理 218
6.3.2 RTD-EAM器件结构 218
6.3.3 RTD-EAM特性参数 220
6.4三角势垒RTD光开关器件（TBRTD） 221
6.4.1 TBRTD光开关材料与器件结构 221
6.4.2 TBRTD光开关能带结构和工作原理 222
6.5子能带间跃迁RTD长波红外光开关器件 224
6.5.1 AlGaAs／GaAs不对称势垒ISBT光开关器件 225
6.5.2改进型ISBT光调制器的提出和计算 229
参考文献 231
第7章 共振隧穿器件在微波、毫米波电路中的应用 232
7.1 RTD微波、毫米波振荡器概述 232
7.1.1两端负阻器件振荡器 232
7.1.2由RTD构成的振荡器电路 234
7.1.3 RTD振荡器稳定性分析 236
7.2 RTD毫米波、亚毫米波振荡器 239
7.2.1振荡频率超过200GHz的AlAs／GaAs毫米波振荡器 239
7.2.2振荡频率达到712GHz的InAs／AlSb RTD振荡器 243
7.2.3亚毫米波单片集成650GHz RTD振荡阵列 245
7.2.4高次谐波频率达到太赫兹的RTD振荡器 248
7.3其他RTD（也适用于其他负阻器件）振荡器 251
7.3.1由RTD和HEMT串联构成的振荡器 252
7.3.2 RTD／HEMT新型振荡电路 253
7.3.3 RTD／MOSFET构成的新型振荡电路 256
7.3.4漏极RTD型HEMT压控振荡器（VCO） 259
参考文献 262
第8章 共振隧穿器件在高速数字电路中的应用 264
8.1单-双稳转换逻辑单元及以它为基础的数字电路 265
8.1.1单-双稳转换逻辑单元的工作原理和逻辑功能 265
8.1.2低功耗RTD／ HFET静态随机存储（SRAM）单元 269
8.1.3用MOBILE构成的柔性逻辑门 270
8.1.4用MOBILE构成的RTD神经元晶体管 271
8.1.5用MOBILE构成的RTD／HEMT静态分频器 274
8.2 RTD／HEMT MOBILE瞬态特性分析 276
8.2.1 MOBILE瞬态特性分析的基础 276
8.2.2加信号的瞬态过程和瞬态基本方程 277
8.2.3瞬态响应时间计算公式的推导 278
8.2.4通过VM-VcK等高图分析VM随VcK变化的过程 280
8.2.5 MOBILE瞬态时间的计算 281
8.3三个以上RTD串联构成的电路 286
8.3.1“遏止”状态及其对串联电路电压分布的影响 286
8.3.2多值逻辑中的文字逻辑功能门 289
8.3.3 MVL三态反相器 291
8.3.4折线量化器 292
8.3.5异或门电路 292
8.3.6可编程综合逻辑门电路 294
8.4 SD／RITD流水线逻辑门电路 299
8.4.1 SD／RITD流水线逻辑门电路结构和工作原理 300
8.4.2 SD／RITD流水线逻辑门电路材料结构、光刻版图和工艺 304
8.4.3 SD／RITD流水线逻辑门电路逻辑功能测量 306
8.5由RTD／HFET新型MOBILE构成的柔性NOR／NAND逻辑门和阈值逻辑流水线加法器的设计 308
8.5.1 RTD／HFET新型MOBILE电路结构和特性 308
8.5.2由新MOBILE构成的NOR／NAND柔性（或可编程）逻辑门 311
8.5.3 RTD／HFET阈值逻辑原理 312
8.5.4流水线逻辑 314
8.5.5 RTD／HFET加法器电路设计 315
参考文献 317
第9章 RTD光控单-双稳逻辑转换单元 320
9.1四种光控RTD MOBILE结构 320
9.2光控RTD／HPT MOBILE 321
9.2.1 RTD／HPT型光控MOBILE的工作原理 321
9.2.2化合物异质结光电双极管 322
9.2.3 RTD与HPT的集成结构 327
9.2.4 RTD／HPT光控MOBILE逻辑功能的模拟实验 327
9.3 RTD／UTC-PD高速光控MOBILE 329
9.3.1 UTC-PD光探测器 329
9.3.2 RTD／UTC-PD高速光控MOBILE 333
9.4采用RTD／MSM／HEMT或栅型（G） RTT／MSM结构实现多种高速MOBILE应用电路的光电集成 340
9.4.1 RTD／MSM／HEMT， GRTT／MSM结构 340
9.4.2光控RTD／MSM／HEMT（或GRTT／MSM）柔性逻辑门 342
9.4.3光控RTD／HEMT／MSM神经元电路 342
9.4.4利用光控RTD／HEMT／MSM结构设计交叉光开关 342
9.4.5 RTD／HEMT／MSM光存储电路 344
9.4.6光控二极管／RITD流水线逻辑门电路 345
9.5由RTD／MSM和RTD／ HEMT／MSM组成的各种光学双稳态电路 345
9.5.1以电阻R为负载以RTD／HEMT／MSM为驱动的光学双稳态 345
9.5.2光功率调制有效偏压变化RTD／R光学双稳态 346
9.5.3光功率调制负载电阻形成的RTD／MSM光学双稳态 347
9.5.4光调制负载HEMT I-V特性RTD／HEMT光学双稳态 348
参考文献 349
第10章 共振隧穿器件及其集成技术发展趋势和目前研究热点 350
10.1共振隧穿器件的特点 350
10.2共振隧穿器件及其集成的发展趋势及规律 351
10.3共振隧穿器件及其集成目前的几个重要研究热点 352
10.3.1 RTD／HEMT高速数字电路和高速光电集成电路 353
10.3.2硅基共振隧穿器件及其集成技术 354
10.3.3用新型材料体系研制成的RTD 355
10.3.4利用新的物理效应研制成的RTD 356
10.3.5作为太赫兹波振荡器RTD的研究 357
参考文献 358
附录1 缩略词 359
附录2 主要符号表 363
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