基于共振隧穿结构的压力传感器稳定性研究

基于共振隧穿结构的压力传感器的优点是灵敏度高且可调,但是稳定性不好,分析了影响振荡稳定性的原因,提出调整I-V特性曲线负阻区宽度及斜率的方法以提高器件的稳定性.利用共振隧穿结构在负阻区域的滞后(Hysteresis)和平台效应(Plateau-like),通过改变结构参数,如量子阱宽度、掺杂浓度等,加宽负阻区域,减小斜率,达到提高器件稳定性的目的.     

介观压阻效应在微型传感器中的应用研究

对运用共振隧穿双势垒（DBRT）结构中的一种压阻效应原理——介观压阻效应,用GaAs/AlAs/InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器.通过分析、模拟、计算和试验测试得到了它的参数,并对介观压阻灵敏度和压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理可以提高压力传感器的灵敏度的可行性,为制造出基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据.     

纳电子学与共振隧穿量子器件

本文描述了一门正在兴起的新学科－－纳电子学的发展状况，并从电子对双势垒的共振隧穿特性入手，主要讨论了纳电子学器件－－共振隧穿二极管和三极管的工作原理及典型的器件特性。最后给出了这种器件的某些重要应用领域。     

空穴型Si/SiGe共振隧穿二极管及其直流参数提取

共振隧穿二极管因其特有的负微分电阻特性,成为一种很有前途的基于能带工程的异质结构量子器件.采用超高真空外延技术,以p型重掺杂硅为衬底生长出以4 nm厚Si0.6Ge0.4层为空穴量子阱、以4 nm厚Si层为空穴势垒的双势垒单量子阱结构.然后用常规半导体器件工艺制成了空穴型共振隧穿二极管.在室温下对面积为8 μm×8 μm的共振隧穿二极管进行测量,其峰值电流密度为45.92 kA/cm2, 电流峰谷比为2.21. 根据测量得到的电流电压特性考虑串联电阻的影响,提取出共振隧穿二极管的直流参数.可以利用这些参数将共振隧穿二极管的直流模型加入SPICE电路模拟软件器中进行共振隧穿二极管电路设计.     

包含负阻效应的高压LDMOS子电路模型

高压MOS器件具有复杂和特殊的结构,存在自热效应与沟道长度调制效应.这些效应使饱和区电流会随电压的增加而减小,即存在负阻效应.为有效表征这一特性,使用标准器件建立子电路模型,通过合适的器件选择和参数设置来模拟负阻效应.同时,根据不同沟道区域的饱和原理,采用不同的模型与参数进行模拟,使子电路适用于不同栅压和漏压.子电路具有精确的模拟性能,在电路模拟中,可以作为一个黑匣子直接调用,克服传统BSIM3模型模拟上的不足.     

纳米硅薄膜中量子点的库仑阻塞效应

用纳米硅薄膜制成了共振隧穿量子点二极管，在77K温度下对其I－V特性进行了测量，得到了具有共振隧穿特征的实验结果。对实验结果分析表明，纳米尺寸晶粒构成的量子点具有库仑阻塞效应。     

纳米硅薄膜中量子点的仓阻塞效应

用纳米硅薄膜制成了共振隧穿量子点二极管，在７７Ｋ温度下对其Ｉ－Ｖ特性进行了测量，得到了具有共振隧穿特征的实验结果。对实验结果分析表明，纳米尺寸晶粒构成的量子点具有库仓阻塞效应．     

非对称多势垒异质结构中电子的磁共振隧穿

以厄密函数作为包络波函数，运用传递矩阵方法系统地研究了具有抛物量子阱的非对称多势垒异质结构中电子隧穿的横向磁场效应。结果表明：对于不同的双势垒结构，传输系数的峰值随磁场的增强有的增大有的减小。对于三势垒结构，由于双量子阱准束缚态之间的耦合，共振时传输系数的峰值随磁场的增强呈现不同于双势垒结构的行为。第一峰值随磁场的增强单调减小，而第二峰值随磁场的增强先是减小而后增大，当峰值增大到几近于１时又开始减小。对于某些非对称多势垒异质结构具有比对称结构更好的横向磁场特性。考虑这一效应和电场效应对共振隧穿结构的设计具有指导意义     

势垒的非对称性对隧穿几率的影响

在有效质量近似的框架下,应用传递矩阵理论研究了势垒的非对称性对单电子隧穿几率的影响.结果表明：隧穿过程的势垒的形状对隧穿几率影响很大,势垒的对称性破坏的越严重,在低能区域发生共振隧穿的可能性越小.这些可以为设计和制造更加优化的共振隧穿器件提供一定的理论指导.     

不规则多重垒结构中电子共振隧穿的相对论效应

研究了一维不规则多重垒结构中电子共振隧穿的相对论效应。结果表明系统同时存在两类共振隧穿,一类由能量量子化和长度量子化同时决定,另一类仅由δ势强度决定。与非相对论情形比较后可知,前者是结构型的共振隧穿,后者才是单纯由相对论效应造成的,而且阱宽涨落对相对论型共振隧穿没有影响。     

平面型共振隧穿二极管和其组成MOBILE

为了解决传统台面型共振隧穿二极管制作过程中横向钻蚀问题，提出了一种采用离子注入法在N^＋GaAs衬底上制作平面型共振隧穿二极管，通过离子注入对器件之间进行隔离，取代了台面制作工艺中的通过湿法腐蚀隔离器件的目的．研究了它的I-V特性，测得的峰谷电流比为3．4．研究了由平面型共振隧穿二极管构成的单双稳态逻辑单元，实现了作为反相器的功能．     

多重双势垒结构中电子共振隧道效应的理论研究

研究了一维多重双势垒结构中电子共振隧穿效应，给出了透射系数和共振隧穿条件的解析表达式，数值计算并解释了随双势垒内外讲宽度差△ｄ变化的共振隧穿透射能谱，与对应的多重单势垒结构相比，这种多重双势垒结构显示出一些有趣的性质．     

单层石墨烯多势垒结构中的输运及能谱特性

利用传递矩阵的方法研究了单层石墨烯中势垒个数N=1、3、5、7、9、11时,等高方形势垒和对称的阶跃势垒结构中电子的隧穿几率和电导.通过周期性势垒中的能带结构对载流子隧穿特性进行分析.结果表明,在多势垒结构中,仍存在Klein隧穿效应.单层石墨烯的隧穿几率和电导依赖于势垒高度、势垒宽度、入射能量和入射角度,还受到势垒形状的影响.能带结构中显示有能级分布的区域表明势垒和势阱间载流子状态匹配,出现隧穿共振,在载流子隧穿谱中对应地体现.相应的在多势垒结构中,可以通过调节势垒结构参数来控制单层石墨烯的电导.     

基于AlAs/InGaAs/GaAs共振隧穿效应的纳机电声传感器研制

本工作设计了一种基于AlAs/InGaAs/GaAs量子隧穿效应的纳机电拍子式声传感器,并采用ANSYS有限元分析软件对敏感元件的布置位置进行了最优化仿真设计。在加工工艺上,采用双空气桥技术和Au/Ge/Ni合金膜系欧姆接触技术有效降低了电容、电阻等对器件结构性能的影响;在传感器的具体加工过程中,共振隧穿结构（RTS）和拍子结构是通过控制孔技术一次流片完成的。对所加工的传感器进行了初步测试,结果表明,传感器频响能较好的与仿真结果相吻合,1.3KHz时同时具有较好的线性特性。     

GaAs／AlGaAs双势垒结构间接电子隧穿的研究

研究双势垒ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ结构在与时间有关的交变电场的作用下电子间接共振隧穿的几率和隧穿电流密度。采用转移矩阵方法给出电子在不同空间位置的波函数，用微扰的方法求出电子波函数的含时系数，最终给出电子隧穿几率和隧穿电流密度、计算结果表明电子隧穿几率曲线中出现附加的隧穿峰和隧穿峰变低，并且随穿电流密度曲线巾出现附加的隧穿台阶，隧穿峰变低和展宽，这主要是由于外加突变电场与Ｅ±ｎω的电子态耦合，为电子隧穿提供间接的通道和路径、这也是设计双势垒电子隧穿器件不可忽略的、上述方法也可以推广到多量子阶系统。     

耦合量子点系统非线性光学传感特性的应用研究

简要介绍了基于隧穿诱导的固有相干性,耦合量子点系统的非线性光学性质受到干涉效应的影响和变化,及其隧穿测量方面的一些应用。探究了自克尔非线性色散谱对隧穿失谐的灵敏特性,考察了交叉克尔非线性相移对隧穿效应的传感特性,数值模拟结果显示自克尔非线性测量隧穿失谐的精确度可达0.2μeV、系统的交叉相位调制约为0.28rad/μeV;课题组又进一步分析了非线性吸收谱,对隧穿的响应范围为10GHz数量级,并且比较了强弱隧穿情况下,非线性吸收谱对隧穿失谐量的灵敏度的变化,如弱耦合时,吸收谱灵敏度约为3.8μeV;强耦合时,灵敏度大大提高,约为0.4μeV;实现了基于隧穿诱导干涉效应直接提高高阶非线性的方案;提出了利用失谐增强的非线性增益谱表征隧穿变化。     

P3HT有机压阻器件受黏弹性的影响及其机械性能改进

制备了ITO\P3HT(100 nm)\Al(70 nm)结构的有机压阻器件,并测试了其在不同压力下的I-V特性,发现了承压后动态电学特性不同的两种类型的压阻器件,且两种压阻器件都表现出负压阻特性.现认为器件类型的分化可能是由于P3HT黏流形变的作用.为了减小黏流形变和改善薄膜弹性,提出了一种薄膜制备改进工艺:真空快速成膜工艺和退火处理,二者结合可以提高薄膜的杨氏模量,减小薄膜的黏流形变,提高其机械性能稳定性,有助于稳定压阻器件的性能,拓宽传感器的量程.     

铁磁/半导体/铁磁隧道结中的隧穿磁电阻

采用相干量子输运理论和传递矩阵方法研究了具有不同自旋指向的极化电子渡越铁磁/半导体/铁磁隧道结的隧穿几率和隧穿磁电阻。研究表明隧穿几率和隧穿磁电阻随半导体长度的改变发生周期性变化、随Rashba自旋轨道耦合强度的改变发生准周期变化,并且在两铁磁电极中磁矩取向平行时,选择适当的半导体的长度和Rashba自旋轨道耦合强度可以得到较大的隧穿磁电阻。     

硅压阻式加速度传感器的结构研究

结合实际器件设计，对三种压阻式加速度传感器结构即双悬臂梁，四梁和双岛五梁结构进行了详细的力学分析和特性比较，得到了理论计算的灵敏度，固有频率和阻尼等特性，器件的测试结果与理论计算基本相符，目前三种结构的器件都已实用化，封装后的小于１ｇ。该项工作为实际应用中根据不同量程要求选取不同的器件结构与参数提供了依据。     

单负材料光子晶体中的可调共振隧穿模

用传输矩阵方法研究了由两种单负材料构成的一维光子晶体的透射特性.研究发现:这种结构的光子晶体具有2个共振隧穿模,并且2个共振隧穿模能够通过改变缺陷层的厚度或改变两种单负材料的厚度比进行调节.这种特性可用来制作可调的双通道滤波器.