专利名称：一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及三极管领域，具体为一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管及其应用。
背景技术：
1974年，美国的IBM公司采用分子束外延技术(MBE)成功地制作了世界上第一个谐振隧穿二极管(单量子阱).结构是在GaAs衬底上生长两个80 厚的Gaa3Ala7As的势垒材料，中间夹了一层50 厚的GaAs势阱；势垒高度是0.4eV.共振隧穿单量子阱二极管是通过控制阱中的局域能级与发射极的导带底对齐产生谐振从获得极大的电流增益.峰谷比得到很大的比值(ratio)。量子阱的局域能级越多，随着偏压的增加量子阱中的能级逐个与发射区的导带底对齐从1-V曲线上能获得多个谐振峰.此外，这种曲线V-1曲线上会出现负微分电导从而表明在微波器件上会有多倍频等用途。量子阱类的器件向来期望有越来越多的调控参数以得到多用途的器件。类似FET, BJT等三端器件构架也会出现在量子阱器件设计上。
此外，对于门电压控制的量子阱用于微波振荡隧穿器件，传统的想法是在侧面引出电极调节阱的深度从而以达·到控制共振隧穿电流的目的.但是微加工工艺上难度较大.Capasso等给出量子阱npn三极管，以获得门电压(Veb)对隧穿电流的控制。此后又有人提出了双量子阱结构(双端器件)用于微波或亚毫米波的检测，在恰当的偏压下，两个阱中的局域能级对齐以后，微波或亚毫米波照射下载流子共振隧穿得到大的峰谷比值，从而得到好的分辨率。
发明内容
针对现有技术存在的问题即侧面引线微加工工艺上难度较大，本发明的目的是提供一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管及其应用。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管，其特征在于:基极和发射极之间为双量子阱谐振隧穿型的。所述的一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管，其特征在于:采用微加工的分子束外延技术制得，由η+型掺杂的InP衬底、置于InP衬底上的η+型掺杂的收集极、置于收集极上的η型掺杂的过渡区、置于过渡区上的ρ+型掺杂的基极、置于基极上的第一层势垒、置于第一层势垒上的窄阱、置于窄阱上的第二层势垒、置于第二层势垒上的宽阱、置于宽阱上的第三层势垒、置于第三层势垒上的η+型掺杂的发射极构成，其中:
所述收集极采用GaAs材料，收集极的宽度为1000 -3000 ，收集极的电子浓度为IO1Vcm3 到 IO1Vcm3,
所述过渡区采用GaAs材料，过渡区的宽度为1000 -3000 ，
所述基极采用GaAs材料，基极的空穴浓度为IO1Vcm3到1019/cm3，基极宽度3000-5000 ,
各层势垒采用GahAlxAs材料，其中X范围是0.3_1，势垒的宽度为18-50 ，
所述窄阱采用GaAs材料，窄阱的宽度为30 -100 ，
所述宽阱采用GaAs材料，宽阱的宽度为30 -154 ，
所述发射极采用GaAs材料,发射极的电子浓度为IO1Vcm3到1019/cm3。所述的一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管，其特征在于:收集极、基极、发射极上分别连接有电极，电极材料为对亚毫米波有良好的透过率的Cr材料。一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管的应用，其特征在于:所述基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管采用空间电荷耦合集成电路工艺，制成THz照相机的光敏芯片结构，或者是THz传感器，用于THz检测。本发明中，发射极是η+型掺杂的，基极是ρ+型掺杂的，收集极η+型掺杂的。基极与收集极之间是宽的η型掺杂的作为反向电流阻挡区(有益于阻止载流子的反向过程)的过渡区，结构与传统的Capasso单量子阱设计不同在于发射极与基极之间是双量子阱谐振隧穿型的。本发明的工作原理为:通过调节发射极与基极之间的偏压(门电压Veb)以便将双量子阱中的若干个局域能级逐个调节到电势相等的共振隧穿的状态.THz (远红外)亚毫米波照射的时候，引起隧穿电流的峰值放大的作用(电流从发射极共振隧穿过双量子阱进入基区扩展态被反偏的电场加速输运到收集极从而被收集。与传统的三极管相比载流子不是传统的漂移扩散型的而是弹道输运的。因此这种双量子阱三极管器件具有响应弛豫时间短，在室温条件下，不论是与单纯的双端双量子阱相比还是与传统的漂移扩散型(光导致电导变化)的光电传感器件相 比增益倍数有很大的提高。本发明的优点为:通过控制基极与发射极电势差(门电压)，能获得大的THz增益和灵敏度(峰谷比，响应时间)，如果与时序控制深度的多个量子阱和CM0S(0&1)器件组合可以得到空间耦合电荷CCD亚毫米波照相机等，具有广阔的应用前景。
图1是本发明的能垒示意图。图2是本发明具体实施例中器件结构示意图。
具体实施例方式如图1、图2所示。一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管，基极和发射极之间为双量子阱谐振隧穿型的。采用微加工的分子束外延技术制得，由η+型掺杂的InP衬底、置于InP衬底上的η+型掺杂的收集极、置于收集极上的η型掺杂的过渡区、置于过渡区上的ρ+型掺杂的基极、置于基极上的第一层势垒、置于第一层势垒上的窄阱、置于窄阱上的第二层势垒、置于第二层势垒上的宽阱、置于宽阱上的第三层势垒、置于第三层势垒上的η+型掺杂的发射极构成，其中:
收集极采用GaAs材料，收集极的宽度为1000 -3000 ，收集极的电子浓度为IO17/cm3 到 IO1Vcm3,过渡区采用GaAs材料，过渡区的宽度为1000 -3000 ，
基极采用GaAs材料，基极的空穴浓度为IO1Vcm3到1019/cm3，
各层势垒采用GahAlxAs材料，其中X范围是0.3_1，势垒的宽度为18-50 ，
窄阱采用GaAs材料，窄阱的宽度为30 -100 ，
宽阱采用GaAs材料，宽阱的宽度为30 -159 ，
发射极采用GaAs材料材料，发射极的电子浓度为IO1Vcm3到1019/cm3。收集极、基极、发射极上分别连接有电极，电极材料为对亚毫米波有良好的透过率的Cr材料。一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管的应用，基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管采用空间电荷耦合电路工艺(CXD)，制成THz照相机的光敏芯片结构，或者是THz传感器，用于THz检测。具体例子结构为:
n+-GaAs | GaAs | Ga0 2A10.8As | GaAs | Ga0 2A10.8As | GaAs | Ga0 2A10.8As | P+-GaAs | n-GaAs | n+_GaAs 2840 (发射极)I 50 (势垒)I 148 (宽阱)I 50 (势垒)| 100 (窄阱)
50 (势垒)| 500 (基极)I 3000 (EC过渡区)| 3000 (收集极)I n+_InP衬 。`
权利要求
1.一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管，其特征在于:基极和发射极之间为双量子阱谐振隧穿型的。
2.根据权利要求1所述的一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管，其特征在于:采用微加工的分子束外延技术制得，由η+型掺杂的InP衬底、置于InP衬底上的η+型掺杂的收集极、置于收集极上的η型掺杂的过渡区、置于过渡区上的ρ+型掺杂的基极、置于基极上的第一层势垒、置于第一层势垒上的窄阱、置于窄阱上的第二层势垒、置于第二层势垒上的宽阱、置于宽阱上的第三层势垒、置于第三层势垒上的η+型掺杂的发射极构成，其中: 所述收集极采用GaAs材料，收集极的宽度为1000 -3000 ，收集极的电子浓度为IO1Vcm3 到 IO1Vcm3, 所述过渡区采用GaAs材料，过渡区的宽度为1000 -3000 ， 所述基极采用GaAs材料，基极的空穴浓度为IO1Vcm3到1019/cm3，基极宽度3000-5000 , 各层势垒采用GahAlxAs材料，其中X范围是0.3_1，势垒的宽度为18-50 ， 所述窄阱采用GaAs材料，窄阱的宽度为 30 -100 ， 所述宽阱采用GaAs材料，宽阱的宽度为30 -154 ， 所述发射极采用GaAs材料,发射极的电子浓度为IO1Vcm3到1019/cm3。
3.根据权利要求2所述的一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管，其特征在于:收集极、基极、发射极上分别连接有电极，电极材料为对亚毫米波有良好的透过率的Cr材料。
4.一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管的应用，其特征在于:所述基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管采用空间电荷耦合集成电路工艺，制成THz照相机的光敏芯片结构，或者是THz传感器，用于THz检测。
全文摘要
本发明公开了一种基于双量子阱谐振隧穿型的npn三极管及其应用，发射极与基极之间是双量子阱型的。本发明用于高灵敏度的THz(远红外线又称亚毫米波)传感器，如果与时序控制深度的多个量子阱和CMOS(0&1)器件组合可以得到空间耦合电荷CCD亚毫米波照相机等有广阔的应用。
文档编号H01L29/73GK103247673SQ201310127529
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者张晔 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院