所有的
隧道二极管(Tunnel diode)都是利用
量子隧穿效应工作的。它们大多具有负阻的电流电压特性,用于高速电子器件,因为隧穿薄层的时间很短,比如
振荡器。最高工作频率可达THz.
谐振隧穿二极管可以使用多种材料制造(比如III-V族,IV族或II-IV族半导体)和多种不同谐振隧穿结构(比如重掺杂
PN结,双势垒,三势垒,
势阱)。
其中一种由两层薄层中间的单个
势阱构成,称为双势垒结构。载流子在
势阱中间只能有分立的电子能级。当谐振隧穿二极管两边加偏压的时候,随着第一能级接近费米能级,电流逐渐增加。当第一能级低于并远离费米能级的时候,电流开始下降,出现负阻特性。当第二能级下降接近费米能级的时候,电流再次增加。该结果使用NanoHUB得到。
该结构可以使用
分子束外延生长,常见材料组合有GaAs/AlAs和InAlAs/InGaAs。
随着偏压进一步增加,第一束缚能级已经低于费米能级。偏压继续增加时该能级对应的能量已接近
发射极(
源极)的
禁带,因此该能级传导的电流减小,总电流减小。
1970年初Esaki等即已经观察到并利用了谐振隧穿效应。但由于谐振下的隧穿电流密度较低等原因而一直未得到很好的应用。直到1980年代才在微电子-
纳米电子器件中得到了较好的应用。
RTD的重要应用有如:①构成电子“选模器”;②构成
谐振隧穿晶体管(RTT)和单电子晶体管(SET);③与其他器件组成具有特殊性能的器件(如与HEMT组成三进制编码器的A/D变换器,在相同功率情况下,其速度要比GaAs-MESFET或耗尽型的CMOS近于快一倍);④存储器件、发光器件等;⑤构成双势垒量子阱可变电抗器。这是异质结构势垒可变电抗器的一种,它具有对称的C-V特性和反对称的I-V特性,可获得高频的高次谐波,是一种很有前途的mm波和亚mm波信号源。