Generation of THz Oscillations by Diodes with Resonant Tunneling Boundaries

Abstract

Діоди з резонансно-тунельною границею розглядаються як можливі джерела терагерцового діапазону. Діоди є планарними структурами з двома контактами, що містять провідний канал і активну бічну границю. Бічна границя являє собою двохбар'єрну резонансно-тунельну структуру на основі AlGaAs/GaAs, яка розміщуються між каналом і металевим електродом та електрично з'єднана з омічним контактом аноду. Принцип роботи діодів полягає у поєднанні ефекту міждолинного переносу в каналі та електронного транспорту через бічну границю, що призводить до збільшення частоти коливань та розширення частотного діапазону роботи. Аналіз проводився з використанням багаточастинкового методу Монте-Карло. Визначено ефективність коливань та частотні властивості діода. Показано існування співвідношення між максимальною ефективністю на конкретній частоті та величиною зміщення, що подається на діод. Встановлено, що максимальні значення ефективності генерації при роботі на низьких частотах відповідають великим напругам зміщення, тоді як на високих частотах низьким. Таким чином, існує можливість створення керованого напругою джерела коливань. Досліджено вплив положення резонансно-тунельної границі та величини легування на ефективність генерації діода. Положення активної границі ближче до катодного контакту призводить до зниження ефективності генерації та підвищення частоти. Показано можливість отримання генерації в діапазоні від 50 до 550 ГГц. Максимальна ефективність генерації склала 10 %, що відповідає частоті 110 ГГц.

Diodes with a resonant tunneling border are studied as possible sources of THz range. The diodes represent planar two-terminal structures containing a conductive channel and an active lateral border. The lateral border is an AlGaAs/GaAs-based double barrier resonant tunneling structure sandwiched between the channel and metal electrode. It electrically connects to an ohmic contact forming the anode. The operating principle of diodes is based on the use of transfer electron effect in the channel and electron transport throw the lateral border that can result in an increase in the oscillation frequency and extension of operating frequency range. The analysis was performed using ensemble Monte Carlo technique. Oscillation efficiency and frequency properties of the diode are determined. The relation between the maximum efficiency at a specific frequency and the magnitude of the applied bias is shown. It is found that the maximum efficiencies for lower operating frequencies correspond to large bias voltages, while ones at high frequencies are obtained for low bias voltages. Thus, it is possible to create a voltage-controlled oscillation source. The influence of a position of RTB and impurity doping on the generation efficiency of the diode has been investigated. The position of the active lateral border closer to the cathode contact results in a decrease in the generation efficiency and the rise in the oscillation frequency is demonstrated. The possibility to obtain generation in the range from 50 to 550 GHz is shown. The maximum oscillation efficiency is close to 10 % and corresponds to 110 GHz.