半导体器件知多少（20）－－－共振带间隧穿二极管
1989年，斯威尼（Sweeny）和徐（Xu）提出用“共振带间隧穿”（RIT）的概念来得到负微分电阻（NDR） 。这种隧穿机理结合了始于1958年的传统隧道二极管中带间隧穿特点，传统隧道二极管具有共振隧穿二极管的带间隧穿效应，这种带间隧穿效应是1973年提出的。共振带间隧穿可以采用不同的结构实现，这些结构可以分为三类：（1）多型或三型（间断能隙）异质结，（2）德耳塔掺杂（δ掺杂）结和（3）双量子阱结构。1989年索德斯特罗姆（Soderstrom）等人首先报道了使用有GaSb量子阱的多型异质结RIT二极管，罗（Luo）等人各自同时报道了有InAs量子阱的另外结构。由于InAs的有效质量小，可能表明它有更长的连贯隧穿距离。1990年还报道了其它早期相关研究工作。1989年泰拉（Taira）等人首先研究了使用间断能隙异质结作为注入结，继后于1990年又有一些相关报道。对于德耳塔掺杂RIT结构，王（Wang）（于1990年）和其它研究人员都研究了δn＋-i-δp＋-i-δn＋二极管，而苏（Su）和其它人员使用δn＋-i-δp＋二极管用作他们的器件。1990年戴（Day）等人首先研究了双量子阱结构 ，之后也有其它人员进行过这种研究。
隧穿器件需要很薄的膜厚，为了保证厚度精度，RIT二极管的各层膜均采用MBE或MOCVD生长。在示意图（省约）中概述了RIT二极管的各种结构，这些二极管通常是通过腐蚀成台面形式来隔离，其中各种结构RIT二极管的注入结均是多型异质结，其意思是在间断能隙或三型异质结之间插入势垒层。势垒厚度通常在15到30埃范围，多数报道使用阱厚度在60到100埃范围，但是也能使用很大尺寸的阱厚度，如其厚高达约2000埃 。除给出的例子以外，也可能使用其它结构，如GaSb/AlSb/InAs/AlSb/GaSb、InAs/GaSb/AlSb/InAs及GaSb/InAs/AlSb/GaSb。其中的第二种结构可视为前一组的极端情况，其中注入结的势垒厚度（势垒控制NDR）可达到零。在该组中的其它结构有GaSb/InAs/GaSb、InAs/GaSb/AlSb/GaSb及InAs/AlSb/InAs/GaSb。对于德耳塔掺杂器件，德耳塔掺杂薄层电荷密度一般在1013/cm2量级，而德耳塔掺杂层之间的本征层厚度是在30至100埃范围。德耳塔掺杂结构是唯一一组不需要异质结的RIT，而且业已证明用硅也可制作出RIT二极管。最后，双量子阱结构的中间层厚约为40埃。
作为例子，使用了InAs/AlSb/GaSb/AlSb/InAs多型结构。因为该结构是对称的，所以在两种极性的偏置下都可产生负微分电阻。根据阱内的量子化能级，NDR由来自注入电极的相关电子能量产生。在不同偏置下的能带图中，需要注意的是：在平衡态，中间GaSb阱中的价带边缘EV不仅处于外部InAs层的导带边缘EC之上（多型异质结构的独特特点），而且在阱内的量子化能级也处于InAs的EC之上。在低偏置下，电子隧道在外部电极之间通过阱内的界面态共振。当注入电极的费米能级与阱内的界面态能量排列在一个能级时，峰值电流便产生。在较高偏置下，注入电极的导带边缘排列在GaSb层的能隙内，而电子没有可隧穿达到的空态，据说是被GaSb层阻碍。在该偏置范围内，隧穿电流显著下降，残余谷电流是由于其它机理产生。隧穿电流取决于温度，它包括价带势垒内空穴的热电子发射电流和通过该势垒的福勒-诺德海姆（Fowle-Nordheim）隧穿。这些电流分量随偏置增加，最后NDR消失。谷电流产生的条件相当于注入InAs中的EC开始增加到GaSb的量子化能级以上。
按照结构的对称性，可用图描述一种极性和两种极性的NDR。有的对称结构在两种偏置极性下都有NDR，而有的非对称结构只有在正向偏置下才有NDR。
共振带间隧穿的原理，结合了带间隧穿的低谷电流和共振隧穿的高峰值电流的突出特点。带间隧穿的低谷电流是由于通过隧穿载流子所经历势垒层的高势垒引起。结果，RIT二极管获得了比任何NDR器件都高的峰-谷电流比（PVCR）。在RIT二极管中，双量子阱结构给出了最高的PVCR。在室温下，已获得622的PVCR 。多型RIT二极管已在室温下显示出20以上的PVCR。其它RIT结构只有相当低的PVCR。
RIT二极管的高PVCR对有些应用是有吸引力的，其缺点是膜厚度要求精度很高，而且它们需要MBE或MOCVD生长。实际上，它已在存储器和逻辑电路中得到应用。
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