諧振隧穿二極管

諧振隧穿二極管(Resonant tunneling diode, RTD)是利用電子在某些能級能夠諧振隧穿而導通的二極管。其電流電壓特性常顯示出負阻特性。

諧振隧穿二極管 的工作原理，第一個電流峰值之後的負阻特性是由於隨着偏壓的增加，第一能級開始低於費米能級。(左側: 能帶結構; Center: 透射係數; Right: 電流)

簡介

所有的隧道二極管(Tunnel diode)都是利用量子穿隧效應工作的。它們大多具有負阻的電流電壓特性,用於高速電子器件，因為隧穿薄層的時間很短，比如振盪器。最高工作頻率可達THz.

諧振隧穿二極管可以使用多種材料製造（比如III-V族，IV族或II-IV族半導體）和多種不同諧振隧穿結構（比如重摻雜PN結,雙勢壘，三勢壘，勢阱）。

其中一種由兩層薄層中間的單個勢阱構成，稱為雙勢壘結構。載流子在勢阱中間只能有分立的電子能級。當諧振隧穿二極管兩邊加偏壓的時候，隨着第一能級接近費米能級，電流逐漸增加。當第一能級低於並遠離費米能級的時候，電流開始下降，出現負阻特性。當第二能級下降接近費米能級的時候，電流再次增加。該結果如下圖所示，該圖使用NanoHUB得到。

該結構可以使用分子束外延生長，常見材料組合有GaAs/AlAs和InAlAs/InGaAs。

工作原理

取決於材料和有多少個勢壘，束縛能級的數量可能有一個或多個，當束縛能級較多時，下述過程可能會重複。

正電阻區

在低偏壓時，當第一束縛能級（能量最低的那一個）靠近費米能級時，通過該束縛能級的電流增加 ，從而總電流增加。

負電阻區

隨着偏壓進一步增加，第一束縛能級已經低於費米能級。偏壓繼續增加時該能級對應的能量已接近發射極（源極）的禁帶，因此該能級傳導的電流減小，總電流減小。

第二正電阻區

隨着偏壓進一步增加，第二束縛能級也靠近費米能級，其傳導的電流也開始增加，導致總電流再次增加。