CN114400251A - 一种基于冷金属的负微分电阻二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种负微分电阻二极管，尤其是涉及一种基于冷金属的负微分电阻二极管，包括衬底以及设置在衬底上的电极,所述电极之间设有冷金属材质的范德华异质结。因此，本发明具有如下优点：1、本发明不同于现有的基于半导体材料的NDR器件，而是采用了基于“冷”金属材料的异质结，由于其金属性和独特的能带结构成功实现了极大的峰值电流，峰值电流相较于现有的隧道二极管高出数个数量级。2、本发明的“冷”金属异质结NDR器件能够同时产生极大的电流峰谷比和峰值电流。一方面更大的电流峰谷比和峰值电流可以提高器件的噪音容限，另一方面，更高的峰值电流提高了NDR器件的输出功率，从而提高了负阻振荡器的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种负微分电阻二极管，尤其是涉及一种基于冷金属的负微分电阻二极管。
背景技术
现有的NDR器件，诸如隧道二极管和共振隧道二极管的导通方式都是电子隧穿效应，因此产生的峰值电流很小。将其应用于振荡电路，难以保持振荡电路的稳定性。此外，较小的峰值电流和电流峰谷比也限制了NDR器件的噪声容限，在噪声较大时NDR器件的负阻效应难以保持。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种采用具有费米能级附近带隙的“冷”金属材料来构建“冷”金属异质结NDR器件。“冷”金属异质结的金属性不仅使其能产生极大的峰值电流，同时其独特的能带结构也确保其能实现较大的电流峰谷比。
本发明针对隧道二极管峰值电流和输出功率小的缺陷，采用了“冷”金属异质结NDR器件，“冷”金属异质结的金属性确保其能产生极大的峰值电流。在负阻振荡器中，更大的峰值电流使得“冷”金属二极管能提供更大的输出功率，从而确保振荡电路起振并持续振荡。此外，在电路中存在噪声时，更大的峰值电流也具有更高的噪音容限，从而保持器件的负阻特性。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于冷金属的负微分电阻二极管，其特征在于，包括衬底以及设置在衬底上的电极,所述电极之间设有冷金属材质的范德华异质结。
在上述的一种基于冷金属的负微分电阻二极管，范德华异质结包括A层和A层上方的B层，所述A层为一形，B层为Z形。
在上述的一种基于冷金属的负微分电阻二极管，所述A层为单质材料，采用NbS2或TaS2中的任意一种。
在上述的一种基于冷金属的负微分电阻二极管，所述B层为单质材料，采用NbSe2,或TaSe2中的任意一种。
在上述的一种基于冷金属的负微分电阻二极管，所述电极为铜电极。
在上述的一种基于冷金属的负微分电阻二极管，所述衬底为SiO2材质衬底。
因此，本发明具有如下优点：1、本发明不同于现有的基于半导体材料的NDR器件，而是采用了基于“冷”金属材料的异质结，由于其金属性和独特的能带结构成功实现了极大的峰值电流，峰值电流相较于现有的隧道二极管高出数个数量级。2、本发明的“冷”金属异质结NDR器件能够同时产生极大的电流峰谷比和峰值电流。一方面更大的电流峰谷比和峰值电流可以提高器件的噪音容限，另一方面，更高的峰值电流提高了NDR器件的输出功率，从而提高了负阻振荡器的稳定性。
附图说明
附图1是本发明的一种原理图。
附图2a是一个典型的负微分电阻器件的电流电压曲线图。
附图2b是在偏置电压Vb＝V0时，A/B异质结的能带对齐图。
附图2c是在偏置电压Vb＝V1时，A/B异质结的能带对齐图。
附图2d是在偏置电压Vb＝V2时，A/B异质结的能带对齐图。
附图2e是在偏置电压Vb＝V3时，A/B异质结的能带对齐图。
(a)A/B异质结NDR器件的I-V特性示意图。(b-e)不同偏置电压(Vb)下的能带图，其中Vb对应的V0到V3，如(a)所示。Ep和En分别是A和B的费米能级。(b-e)中的A和B方框对应于A和B材料的带隙，黑色箭头大小表示该偏置电压下的电流大小，虚线和对应的Ep和En代表分别是材料A和B的费米能级。虚线下的灰色区域表示费米能级以下能级被电子完全填充。其中实心小球表示电子，空心小球表示空穴。载流子数表示不同偏置电压下载流子浓度的变化。蓝色和白色背景中的载流子分别代表电子传输和空穴传输。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本发明使用的“冷”金属不同于拥有连续态密度的普通金属材料，其在费米能级以上存在导带带隙(ECG)或在费米能级以下价带带隙(EVG)。因此，可以通过“冷”金属材料A和B构建“冷”金属异质结A/B来实现Ⅲ型能带对齐的NDR器件。A采用NbS2或TaS2中的任意一种,B采用NbSe2,或TaSe2中的任意一种；通过化学气相沉积或者机械剥离等方式构建“冷”金属异质结二极管。
如图1所示，其中,1是电源，2是A层，3是B层，4是电极。以A/B异质结NDR器件为例，绘制了其在不同偏置电压(Vb)下的I-V曲线和能带图。图2中，(a)中的I-V曲线表现出了NDR器件典型的N形特征。(b)的无偏置电压情况下，电流值为零。在到达峰值点V1之前，n侧(“冷”金属B)的EVG低于p侧(“冷”金属A)的ECG。在(c)中随着Vb的增加，p侧的Ep逐渐接近n侧的EVG。随着En和Ep之间的传输路径达到最宽，器件电流到达峰值点V1。当Vb继续增加并到达谷点V2时，(d)中p侧的ECG下移并与n侧的EVG重叠，从而截断了电子的传输路径，因此器件电流减小。当Vb进一步增加到(e)的V3时，p侧的ECG和Ep之间的空穴传输路径被打开，导致I-V曲线重新上升。本发明中的A/B异质结，由于其金属性和独特的能带结构成功实现了极大的峰值电流，电流值相较于现有的隧道二极管高出数个数量级。
本发明不同于现有的重掺杂隧道二极管或是Ⅲ型能带对齐的半导体异质结NDR器件，本发明采用了具有费米能级附近带隙的“冷”金属来构建“冷”金属异质结NDR器件。由于“冷”金属异质结的金属性使其不仅能产生极大的峰值电流，同时其独特的能带结构也确保其能实现较大的电流峰谷比。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种基于冷金属的负微分电阻二极管，其特征在于，包括衬底以及设置在衬底上的电极,所述电极之间的PN结是采用冷金属材质的范德华异质结。
2.根据权利要求1所述的一种基于冷金属的负微分电阻二极管，其特征在于，范德华异质结包括A层和A层上方的B层，所述A层为一形，B层为Z形。
3.根据权利要求1所述的一种基于冷金属的负微分电阻二极管，其特征在于，所述A层为单质材料，采用NbS2或TaS2中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于冷金属的负微分电阻二极管，其特征在于，所述B层为单质材料，采用NbSe2,或TaSe2中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于冷金属的负微分电阻二极管，其特征在于，所述电极为铜电极。
6.根据权利要求1所述的一种基于冷金属的负微分电阻二极管，其特征在于，所述衬底为SiO2材质衬底。
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| CN202111664723.8A CN114400251A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种基于冷金属的负微分电阻二极管 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN114400251A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022268467A1 (en) * | 2021-06-24 | 2022-12-29 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg | Negative differential resistance tunnel diode and manufacturing method |
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2021
- 2021-12-31 CN CN202111664723.8A patent/CN114400251A/zh active Pending
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