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光子的量子隧穿新研究
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作者 王智勇 贾志国 +1 位作者 汪相如 吴双红 《大学物理》 2024年第12期5-10,共6页
对于光子的单势垒量子隧穿效应,传统中是将波导内或全内反射下电磁波的亥姆霍兹方程与实物粒子穿过单势垒时的定态方程进行形式类比,直接给出光子的量子隧穿概率公式,没有结合电磁场自身的物理特征,该结果既不严格也不完整.更为重要的是... 对于光子的单势垒量子隧穿效应,传统中是将波导内或全内反射下电磁波的亥姆霍兹方程与实物粒子穿过单势垒时的定态方程进行形式类比,直接给出光子的量子隧穿概率公式,没有结合电磁场自身的物理特征,该结果既不严格也不完整.更为重要的是,到目前为止,关于导波光子的多势垒量子隧穿效应,尤其是其中的量子共振隧穿效应,尚未得到系统研究.本文结合电磁场自身的物理特征,为光子的单势垒量子隧穿建立一个严格理论,获得了一些新的结果.同时还研究了导波光子穿过多势垒时的量子隧穿行为,给出了此时的光子隧穿概率公式,着重研究了光子的量子共振隧穿效应及其物理特性,初步探讨光子的共振隧穿效应在光控制光技术中的应用. 展开更多
关键词 电磁波导 光子隧穿 多势垒 共振隧穿
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基于共振隧穿二极管的太赫兹技术研究进展 被引量:2
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作者 刘军 王靖思 +2 位作者 宋瑞良 刘博文 刘宁 《无线电通信技术》 北大核心 2024年第1期58-66,共9页
共振隧穿二极管(Resonant Tunneling Diode, RTD)是一种基于量子隧穿效应的半导体器件,同时具有非线性特性和负阻特性,通过改变偏置电压可以作为太赫兹源和太赫兹探测器,在未来6G技术中通信感知一体化方面具有优势。简要总结了基于RTD... 共振隧穿二极管(Resonant Tunneling Diode, RTD)是一种基于量子隧穿效应的半导体器件,同时具有非线性特性和负阻特性,通过改变偏置电压可以作为太赫兹源和太赫兹探测器,在未来6G技术中通信感知一体化方面具有优势。简要总结了基于RTD实现的器件的工作原理,对基于RTD实现的太赫兹源和太赫兹探测器、太赫兹通信系统以及太赫兹雷达系统等太赫兹技术的研究进展进行介绍,并对当前存在的技术挑战和未来的发展方向进行探讨。基于RTD的太赫兹技术凭借其突出的优势,将成为未来电子器件领域重要的发展方向。 展开更多
关键词 共振隧穿二极管 太赫兹源 太赫兹通信 太赫兹探测器
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一维三方势垒量子隧穿特性的研究
3
作者 李海凤 陈康康 王欣茂 《大学物理》 2024年第2期1-4,32,共5页
本文通过严格求解定态薛定谔方程,研究了一维对称三方势垒的量子隧穿特性,解析地给出透射系数的精确表达式,并且数值模拟了势垒高度、势垒间距以及粒子入射能量对透射系数的影响.结果表明:当取不同的势垒宽度,或者不同的粒子入射能量时... 本文通过严格求解定态薛定谔方程,研究了一维对称三方势垒的量子隧穿特性,解析地给出透射系数的精确表达式,并且数值模拟了势垒高度、势垒间距以及粒子入射能量对透射系数的影响.结果表明:当取不同的势垒宽度,或者不同的粒子入射能量时,透射系数随着势垒间距的增加而呈现出明显的周期式振荡.将一维对称双方势垒和三方势垒进行比较,透射系数随着势垒间距的增大,均呈现周期性振荡,并且振荡周期相同,但三方势垒振荡更剧烈,振幅越大,并且三方对称势垒是双峰曲线,而双方对称势垒是单峰曲线.该特性为设计新型纳米器件以及共振隧穿量子器件等提供理论指导. 展开更多
关键词 三方势垒 量子隧穿 共振隧穿 定态薛定谔方程
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共振隧穿二极管(RTD)的物理模型——共振隧穿器件讲座(3) 被引量:6
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作者 郭维廉 《微纳电子技术》 CAS 2006年第4期167-171,共5页
介绍了共振隧穿二极管物理模型的量子力学基础,重点讲解共振隧穿两种物理模型,从不同维度隧穿的特点分析共振隧穿和非共振隧穿的区别,为以后讨论分析共振隧穿器件的特性奠定基础。
关键词 共振隧穿 物理模型 单势垒 量子阱 相干隧穿 顺序隧穿 不同维度
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基于共振隧穿二极管的140~220 GHz检波器设计
5
作者 茶兴增 张勇 《微波学报》 CSCD 北大核心 2024年第S1期302-305,共4页
本文基于AlGaN/GaN双势垒RTD,设计了一款工作频率范围为140~220 GHz的检波器。通过Silvaco Atlas TCAD仿真了该RTD器件,其峰谷电流比PVCR为1.5349、负微分电导GRTD为35.8852 m S,且构建了物理基模型对其进行了表征,实现了较好的拟合,从... 本文基于AlGaN/GaN双势垒RTD,设计了一款工作频率范围为140~220 GHz的检波器。通过Silvaco Atlas TCAD仿真了该RTD器件,其峰谷电流比PVCR为1.5349、负微分电导GRTD为35.8852 m S,且构建了物理基模型对其进行了表征,实现了较好的拟合,从中选取了直流工作点为-0.575 V。在太赫兹信号输入功率为-30 dBm的条件下,实现了在140~220 GHz频段内,电压灵敏度大于4000 m V/mW,在工作频率170 GHz处大于8923 m V/mW。 展开更多
关键词 共振隧穿二极管 检波器 太赫兹 领结天线
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一维双方势垒单势阱模型的共振隧穿条件研究 被引量:1
6
作者 曾嘉钟 曾孝奇 《大学物理》 2024年第3期5-10,共6页
对于双势垒或多势垒系统,当入射粒子能量符合共振能级时将产生共振隧穿,使穿透率为一极大值,这样一个重要的性质在很多量子或半经典器件中都有广阔的应用前景.本文主要研究一维双方势垒模型及具有高度对称性的ABABA型双方势垒系统.从薛... 对于双势垒或多势垒系统,当入射粒子能量符合共振能级时将产生共振隧穿,使穿透率为一极大值,这样一个重要的性质在很多量子或半经典器件中都有广阔的应用前景.本文主要研究一维双方势垒模型及具有高度对称性的ABABA型双方势垒系统.从薛定谔方程出发,通过推导获得了一般的一维双方势垒系统的透射率计算方法,为数值计算提供了参考公式,并证明了透射率解析解的存在.对于具有高度对称性的ABABA型双方势垒系统模型,本文推导了透射率的解析表达式,并且给出了共振遂穿条件的解析解,探讨了共振隧穿所需条件及影响因素. 展开更多
关键词 双方型势垒 共振隧穿 解析解.
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低驱动场钙钛矿铁电超薄薄膜设计及其多态隧穿特性
7
作者 董言哲 路晓艳 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第10期1320-1331,共12页
铁电隧穿结通常为金属-超薄铁电薄膜-金属三明治结构,利用铁电极化状态调控量子隧穿效应获得不同电阻态,实现数据存储功能.其因读写速度快、功耗低、存储密度高及非易失性存储等特点,成为了新一代信息存储技术重要发展方向.然而,这种超... 铁电隧穿结通常为金属-超薄铁电薄膜-金属三明治结构,利用铁电极化状态调控量子隧穿效应获得不同电阻态,实现数据存储功能.其因读写速度快、功耗低、存储密度高及非易失性存储等特点,成为了新一代信息存储技术重要发展方向.然而,这种超薄铁电薄膜因极化翻转电场大、速度高,往往存在局部温度升高、稳定性降低等问题,因此,进一步降低铁电薄膜驱动电场对铁电隧穿器件设计至关重要.研究表明,铁电薄膜可通过调控衬底应变使其处于多畴共存状态,各畴之间翻转驱动电场随着能量势垒的降低而大幅降低.该文基于WKB近似的电子隧穿理论并结合Landau唯象理论,研究了衬底应变对铁电驱动电场、量子隧穿特性及隧穿电阻开关比的影响.计算结果表明:通过衬底应变调控,经典钙钛矿铁电薄膜PbTiO_(3)和BaTiO_(3)同时存在面外向上、向下极化以及面内极化3种电阻状态,有效驱动电场可降低至25 MV/m,比单畴铁电隧穿结驱动电场减少了76%.研究结果为低能耗、多阻态铁电存储器件设计提供了理论基础. 展开更多
关键词 铁电多态隧穿 低能耗 共存畴 Landau唯象理论 衬底应变
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采用新兴隧穿器件的低功耗微控制器设计与实现
8
作者 蔡浩 童辛芳 杨军 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2264-2273,共10页
基于隧穿场效应晶体管(TFET)器件的低功耗微控制器设计将器件、电路和系统结合,利用具有超低亚阈值摆幅特性的器件使得电路在非工作情况下达到极低泄露功耗,避免了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件亚阈值摆幅理论极限带来的功... 基于隧穿场效应晶体管(TFET)器件的低功耗微控制器设计将器件、电路和系统结合,利用具有超低亚阈值摆幅特性的器件使得电路在非工作情况下达到极低泄露功耗,避免了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件亚阈值摆幅理论极限带来的功耗瓶颈,解决了目前对电池供电设备中微控制器的低功耗需求问题。TFET器件与传统MOSFET器件在工作机理上差异较大,主要体现在关断后具有更低的泄露电流,可以在更低的电压下工作,适用于长休眠电池供电低功耗需求下的物联网应用场景设计。该文调研了近年来TFET器件在低功耗电路设计方面的研究,介绍了传统微控制器的结构以及功耗来源,同时阐述了TFET器件的工作原理、特性以及设计挑战,在数字电路、模拟电路以及系统设计各领域考察了TFET器件的研究发展进程,并对各设计方案进行了优劣势分析,结合文献调研分析了TFET器件在低功耗微控制器设计领域的未来展望。 展开更多
关键词 物联网 低功耗 微控制器 新型隧穿器件
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双栅无掺杂隧穿晶体管特性提升仿真研究
9
作者 陈坤 王树龙 《微电子学与计算机》 2024年第11期97-108,共12页
对双栅无掺杂型隧穿晶体管(DopingLess TFET,DLTFET)进行了仿真研究。通过对传统无掺杂型器件的载流子分布、电流密度、电势分布及能带图等参数的深入研究,较为全面的了解了此类器件的工作原理。基于DGTFET器件的仿真研究成果,提出了使... 对双栅无掺杂型隧穿晶体管(DopingLess TFET,DLTFET)进行了仿真研究。通过对传统无掺杂型器件的载流子分布、电流密度、电势分布及能带图等参数的深入研究,较为全面的了解了此类器件的工作原理。基于DGTFET器件的仿真研究成果,提出了使用两种功函数栅材料构成的隧穿栅(Ф_(TG)=4.0 eV)-控制栅(Ф_(CG)=4.6 eV)-辅助栅(Ф_(AG)=4.0 eV)及异质栅介质共同实现的新型DLTFET器件。含异质栅介质和3种栅材料双栅无掺杂隧穿场效应晶体管(Hetero gate oxide TMDG-DLTFET,HG-TMDG-DLTFET),可有效促进形成更为陡峭的“突变结”。通过仿真验证了该器件较传统DLTFET的有效隧穿分布面积更大,提升了隧穿电流,表现了很好的频率特性。当栅压为1.0 V且漏压为0.5 V时,该器件的开态电流为5.5×10^(−6)A,较传统DLTFET器件的开态电流5.9×10^(−10) A提高了4个数量级;当栅压增至1.5 V时,开态电流达到了2.3×10^(−5)A。 展开更多
关键词 隧穿晶体管 功函数 无掺杂 开态电流
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共振隧穿器件及其集成技术发展趋势和研究热点 被引量:2
10
作者 郭维廉 牛萍娟 +4 位作者 李晓云 谷晓 张世林 梁惠来 毛陆虹 《固体电子学研究与进展》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期480-487,共8页
在概括了共振隧穿器件及其集成技术的特点和分析了其发展趋势的基础上,给出了该领域当前的研究热点。
关键词 共振隧穿器件 共振隧穿器件集成电路技术 发展趋势 研究热点
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一种全尺寸MOS晶体管的俘获隧穿电流优化模型
11
作者 张瑜 《中国集成电路》 2024年第1期46-50,共5页
针对当前的俘获隧穿电流模型中,对于不同器件尺寸只有统一的参数进行模型拟合,存在无法针对器件尺寸变化进行准确地模型拟合的问题。本文提出了在俘获隧穿电流模型的参数中,添加与器件全尺寸信息相关的方法,包括器件宽度方向,长度方向... 针对当前的俘获隧穿电流模型中,对于不同器件尺寸只有统一的参数进行模型拟合,存在无法针对器件尺寸变化进行准确地模型拟合的问题。本文提出了在俘获隧穿电流模型的参数中,添加与器件全尺寸信息相关的方法,包括器件宽度方向,长度方向及小尺寸的系数对原有的漏电模型基础上进行优化,使得该优化的漏电模型能更好地反应器件特性实测数据,更好地解决了俘获隧穿电流更准确地表征器件特性的问题,这就提高了给电路设计者做仿真参考的准确性。 展开更多
关键词 MOS晶体管 俘获隧穿电流 全尺寸 SPICE模型
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共振隧穿器件及其集成技术发展趋势和最新进展 被引量:3
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作者 郭维廉 牛萍娟 苗长云 《微纳电子技术》 CAS 2005年第7期298-304,共7页
介绍了共振隧穿器件及其特点,论述了该类器件及其集成技术的发展趋势和最新进展,特别是SiO 2S/iS/iO 2共振隧穿二极管及其集成电路的研制成功是一个突破性的进展。
关键词 共振隧穿二极管 共振隧穿三极管 集成电路
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小偏压下阱中阱结构的量子隧穿特性及其实现 被引量:3
13
作者 安盼龙 赵瑞娟 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期629-634,共6页
共振隧穿是电子的隧穿概率在某一个能量值附近以尖锐的峰值形式出现的隧穿,是目前为止最有希望应用到实际电路和系统的量子器件之一,其特点是器件的响应速度非常快。用传递矩阵的方法分别计算了在外加偏压下,对称双势垒、三势垒应变量... 共振隧穿是电子的隧穿概率在某一个能量值附近以尖锐的峰值形式出现的隧穿,是目前为止最有希望应用到实际电路和系统的量子器件之一,其特点是器件的响应速度非常快。用传递矩阵的方法分别计算了在外加偏压下,对称双势垒、三势垒应变量子阱结构的透射系数与入射电子能量和隧穿电流与偏置电压的关系,模拟了应变多量子阱结构的隧穿系数和I-V特性曲线。计算得到隧穿电流峰值位置与实验测试值符合得很好,对于设计共振隧穿二极管并为进一步实验提供理论指导具有重要的意义。 展开更多
关键词 光电子学 量子阱 共振隧穿 透射系数 隧穿电流
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双量子环的隧穿电导和隧穿磁电阻 被引量:1
14
作者 杜坚 王素新 《固体电子学研究与进展》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期346-349,共4页
研究了双量子环的隧穿电导和隧穿磁电阻,研究结果表明:隧穿电导和隧穿磁电阻都随半导体环增大做周期性等幅振荡。δ势垒、Rashba自旋轨道耦合、AB磁通对隧穿电导或隧穿磁电阻的影响各不相同。隧穿磁电阻随AB磁通增强发生周期性等幅振荡... 研究了双量子环的隧穿电导和隧穿磁电阻,研究结果表明:隧穿电导和隧穿磁电阻都随半导体环增大做周期性等幅振荡。δ势垒、Rashba自旋轨道耦合、AB磁通对隧穿电导或隧穿磁电阻的影响各不相同。隧穿磁电阻随AB磁通增强发生周期性等幅振荡,并随φ0角的减小而增大。两电极磁矩方向反平行时,隧穿磁电阻恒为零。 展开更多
关键词 量子环 隧穿电导 隧穿磁电阻 RASHBA自旋轨道耦合 AB磁通
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铁磁/半导体/铁磁隧道结中的隧穿磁电阻 被引量:2
15
作者 张红梅 《河北科技大学学报》 CAS 2007年第3期194-197,217,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 道结 隧穿几率 隧穿磁电阻 自旋轨道耦合
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GeSi/Si共振隧穿二极管 被引量:1
16
作者 郭维廉 《微纳电子技术》 CAS 2008年第11期627-634,共8页
GeSi/Si共振隧穿二极管主要包括空穴型GeSi/SiRTD、应力型GeSi/SiRTD和GeSi/Si带间共振隧穿二极管三种结构。着重讨论了后两种GeSi/Si基RTD结构;指出GeSi/Si异质结的能带偏差主要发生在二者价带之间(即ΔEv>ΔEc),形成的电子势阱很浅... GeSi/Si共振隧穿二极管主要包括空穴型GeSi/SiRTD、应力型GeSi/SiRTD和GeSi/Si带间共振隧穿二极管三种结构。着重讨论了后两种GeSi/Si基RTD结构;指出GeSi/Si异质结的能带偏差主要发生在二者价带之间(即ΔEv>ΔEc),形成的电子势阱很浅,因此适用于空穴型RTD的研制;n型带内RTD只有通过应力Si或应力GeSi来实现,这种应力型RTD为带内RTD的主要结构;而带间GeSi/SiRITD则将成为更有应用前景的、性能较好的GeSi/SiRTD器件结构。 展开更多
关键词 GeSi/Si共振隧穿二极管 GeSi/Si异质结 GeSi/Si带间共振隧穿二极管 能带结构 材料结构
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共振隧穿型太赫兹波振荡器设计
17
作者 毛陆虹 贺鹏鹏 +4 位作者 赵帆 郭维廉 张世林 谢生 宋瑞良 《固体电子学研究与进展》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期458-462 496,共6页
本文设计的RTD结构,采用目前最新的发射极渐变In含量(GE)结构和集电区隔离层与势垒层之间的高In过渡层(HITL)结构,同时对发射区和集电区进行重掺杂。发射极设计面积为1μm2至几μm2的情况下,通过基于非平衡格林函数法的量子输运模拟器Wi... 本文设计的RTD结构,采用目前最新的发射极渐变In含量(GE)结构和集电区隔离层与势垒层之间的高In过渡层(HITL)结构,同时对发射区和集电区进行重掺杂。发射极设计面积为1μm2至几μm2的情况下,通过基于非平衡格林函数法的量子输运模拟器WinGreen模拟,将势阱厚度从4.5nm降低到4nm,峰值电流密度JP从13mA/μm2达到43mA/μm2,输出功率从235μW达到2.625mW。阵列型RTO可实现功率合成,使RTO的功率再增加一个数量级,达到毫瓦甚至几十毫瓦。同时建立包含各种寄生参数的等效电路模型,通过PSPICE工具仿真,得到振荡频率可达1.78THz的仿真结果。 展开更多
关键词 共振隧穿型太赫兹波振荡器 磷化铟基共振隧穿二极管 发射极渐变铟含量结构 高铟过渡层结构 功率合成
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一种新型隧穿场效应晶体管
18
作者 卜建辉 许高博 +4 位作者 李多力 蔡小五 王林飞 韩郑生 罗家俊 《半导体技术》 CAS 北大核心 2019年第3期185-188,共4页
提出了一种新型隧穿场效应晶体管(TFET)结构,该结构通过在常规TFET靠近器件栅氧化层一侧的漏-体结界面引入一薄层二氧化硅(隔离区),从而减小甚至阻断反向栅压情况下漏端到体端的带带隧穿(BTBT),减弱TFET的双极效应,实现大幅度降低器件... 提出了一种新型隧穿场效应晶体管(TFET)结构,该结构通过在常规TFET靠近器件栅氧化层一侧的漏-体结界面引入一薄层二氧化硅(隔离区),从而减小甚至阻断反向栅压情况下漏端到体端的带带隧穿(BTBT),减弱TFET的双极效应,实现大幅度降低器件泄漏电流的目的。利用TCAD仿真工具对基于部分耗尽绝缘体上硅(PDSOI)和全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)的TFET和新型TFET结构进行了仿真与对比。仿真结果表明,当隔离区宽度为2 nm,高度大于10 nm时,可阻断PDSOI TFET的BTBT,其泄漏电流下降了4个数量级;而基于FDSOI的TFET无法彻底消除BTBT和双极效应,其泄漏电流下降了2个数量级。因此新型结构更适合于PDSOI TFET。 展开更多
关键词 隧穿场效应晶体管(TFET) 绝缘体上硅(SOI) 泄漏电流 带带隧穿(BTBT) 双极效应
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一种感应PN结隧穿场效应晶体管
19
作者 张雪锋 王国军 +1 位作者 顾春德 郭兴龙 《固体电子学研究与进展》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期429-432 501,501,共5页
提出了一种在源区形成感应PN结的隧穿场效应晶体管,利用Silvaco TCAD对器件的工作原理进行了验证,并仿真分析了器件的静态电学特性以及动态特性。结果表明,这种结构的TFET具有低的亚阈值斜率(51mV/dec.)、高的开态电流(5.88μA/μm)、... 提出了一种在源区形成感应PN结的隧穿场效应晶体管,利用Silvaco TCAD对器件的工作原理进行了验证,并仿真分析了器件的静态电学特性以及动态特性。结果表明,这种结构的TFET具有低的亚阈值斜率(51mV/dec.)、高的开态电流(5.88μA/μm)、高的开/关态电流比(ION/IOFF为107)以及低至9ps的本征延迟时间,表明利用该结构的TFET器件有望构成高速低功耗逻辑单元。 展开更多
关键词 隧穿场效应晶体管 带带隧穿 亚阈值斜率
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量子隧穿效应及其在波包隧穿中的数值计算
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作者 廖文良 王敏帅 《白城师范学院学报》 2021年第5期7-14,共8页
文章利用量子力学隧穿中的基本原理,通过对简单势进行推广,利用传递矩阵的方法求解一般势垒下粒子的透射率.计算模拟了给定波包穿过任意势能函数下的波函数空间部分与动量分布随时间演化的关系,可以求解一般势函数下的粒子隧穿情况.通... 文章利用量子力学隧穿中的基本原理,通过对简单势进行推广,利用传递矩阵的方法求解一般势垒下粒子的透射率.计算模拟了给定波包穿过任意势能函数下的波函数空间部分与动量分布随时间演化的关系,可以求解一般势函数下的粒子隧穿情况.通过所设计的程序发现并验证了粒子的共振隧穿效应,观测到透射率的震荡现象,对于分析实际量子隧穿过程提供了模拟算法. 展开更多
关键词 数值模拟 量子隧穿 共振隧穿 传递矩阵
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