科学家深入研究共振隧穿二极管

对RTDs中电荷积累和动力学的研究有助于提高光电效率

共振隧穿二极管（RTD）是速度最快的半导体器件之一，广泛应用于太赫兹波段的高频振荡器、发射器、探测器和逻辑门等领域。RTD对光也很敏感，可用作光电探测器或光电电路中的光学有源元件。

来自巴西圣卡洛斯联邦大学和德国维尔茨堡大学的科学家最近通过研究带有In_0.15Ga_0.85As量子阱和发射极预阱的纯n掺杂GaAs/Al_0.6Ga_0.4As共振隧穿二极管的磁输运和磁电致发光特性，研究了在整个施加电压范围内RTD的电荷积累和动力学。

他们相信他们的工作可能有助于开发具有优化电荷分布的新型RTD，以提高光电检测效率或将光损耗降至最低。

RTD由两个潜在的势垒组成，这些势垒被形成量子阱层隔开。这种结构夹在由具有高浓度电荷的 形成的末端之间，当在RTD两端施加电压时，这些电荷会加速。

当通过施加电压而加速的电荷中的能量与量子阱中的量子能级一致时，就会发生隧道效应。

“当施加电压时，由势垒保留的电子的能量增加，并且在特定水平上，它们能够穿过禁区。但是，如果施加更高的电压，电子将无法通过因为它们的能量超过了阱中的量子化能量，”巴西圣保罗卡洛斯联邦大学（UFSCar）物理系教授Marcio Daldin Teodoro说。

Teodoro是这项研究的主要研究人员，该研究确定了在整个施加电压范围内RTD中的电荷积累和动态。一篇描述该研究的论文“通过共振隧道二极管中的磁电致发光光谱法确定载流子浓度和动力学”发表在《物理评论应用》上。

Teodoro说：“基于RTD的器件的运行取决于几个参数，例如电荷激发，累积和传输以及这些特性之间的关系。”

这些器件中的电荷载流子浓度一直是在共振区域前后确定的，但在共振区域本身却没有确定，因为载有关键信息。我们使用了先进的光谱学和电子传输技术来确定整个设备中的电荷积累和动态。隧穿信号是峰值电流，随后急剧下降到特定电压，具体取决于RTD的结构特性。”

磁场

以前的研究利用磁输运技术测量了电荷载流子浓度随电压的变化，该技术将电流强度和磁场相关联。然而，磁传输工具可能无法描述整个工作范围内的电荷累积，并且某些电压值可能存在盲点。因此，研究人员还使用了一种称为磁电致发光的技术，该技术研究了由施加的电压随磁场的变化而感应的光发射。

磁电致发光使我们能够研究作为磁传输盲点的电压带。该论文的第一作者埃德森·拉斐尔·卡多佐·德·奥利维拉（Edson Rafael Cardozo de Oliveira）说： “这两种实验技术被证明是对整个RTD工作电压范围内电荷浓度的完整研究的补充。”

他说：“这项研究可以指导对RTD的进一步研究，有可能导致生产更高效的光电器件。” “通过监视电荷积累与电压的关系，将有可能开发出具有优化电荷分布的新型RTD，以提高光电检测效率或将光损耗降至最低。”

由于RTD是如此复杂的结构，因此了解电荷在其中的分配方式非常重要。 “我们现在有了更完整的RTD电荷分布图，” UFSCar教授，该论文的合著者Victor Lopez Richard说。