諧振穿隧二極體

諧振穿隧二極體(Resonant tunneling diode, RTD)是利用電子在某些能階能夠諧振穿隧而導通的二極體。其電流電壓特性常顯示出負阻特性。

諧振穿隧二極體 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，第一能階開始低於費米能階。(左側: 能帶結構; Center: 透射係數; Right: 電流)

簡介

所有的隧道二極體(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,用於高速電子元件，因為穿隧薄層的時間很短，比如振盪器。最高工作頻率可達THz.

諧振穿隧二極體可以使用多種材料製造（比如III-V族，IV族或II-IV族半導體）和多種不同諧振穿隧結構（比如重摻雜PN接面,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。載子在勢阱中間只能有分立的電子能階。當諧振穿隧二極體兩邊加偏壓的時候，隨着第一能階接近費米能階，電流逐漸增加。當第一能階低於並遠離費米能階的時候，電流開始下降，出現負阻特性。當第二能階下降接近費米能階的時候，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磊晶生長，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，束縛能階的數量可能有一個或多個，當束縛能階較多時，下述過程可能會重複。

正電阻區

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

負電阻區

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

第二正電阻區

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