雙障壁共振穿透結構之物理及元件運作之研究

Abstract

本論文的目的在研究雙障壁共振穿透結構的物理特性和元件運作及應用。首先從薜丁 格等式推導出雙障壁共振穿透的穿透系數和能量的關係, 并對與其有關的物理性質 ( 諸如: 波函數強度的放大和傳遞時間延遲) 做詳細討論; 同時, 探討它和量子井局限 的相互關係及差異之處。然后, 我們對雙障壁共振穿透結構的電流–電壓特性中的負 微分電阻現象做整體性的討論, 包括電流傳輸等式的推導、散射交應、接續穿透模式 的適當性、雙穩定性 (磁滯) 和負微分電阻在低溫被加強的理由。 我們再以分子束磊晶法成長雙障壁共振穿透結構, 研究電極摻雜濃度對此結構的影響 , 并由此確定了累積層的量子尺寸效應。對于那些具有未摻雜電極的元件, 在室溫下 , 未加磁場即可觀察到三個分離的量子參階。對此結構, 我們也推導了一個電流等式 來處理二維源電子的電流傳輸; 經由簡化的計算, 所得理論結果和實驗非常吻合。我 們也研究發砷化鎵鋁╱砷化鎵雙障壁共振穿透結構的負微分電阻之成效極限。經由障 壁厚度和量子井寬度的變化, 輔以光激發測量, 我們提出限制此結構的因素: 散射和 物理環境; 另外銦摻雜的外來因素之影響亦予以討論。 此外, 我們也研究了許多和此種結構有關的元件運作和應用, 包括種覆式負微分電阻 運作、P-N 接面二極體中的雙障壁共振穿透結構的負徽分電阻成效、共振穿透異質結 構雙載子電晶體及具有S 型和N 型負微分電阻元件的制作。