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Tese

Compact models of resonant tunneling diodes (2024)

  • Authors:
  • Autor USP: CELINO, DANIEL RICARDO - EESC
  • Unidade: EESC
  • Sigla do Departamento: SEL
  • DOI: 10.11606/T.18.2024.tde-08102024-155735
  • Subjects: NANOELETRÔNICA; DIODOS; GEOMETRIA E MODELAGEM COMPUTACIONAL
  • Keywords: Diodo de tunelamento ressonante; Modelo compacto; Poço quântico
  • Language: Inglês
  • Abstract: Devido à crescente demanda por tecnologias capazes de operar na faixa de frequência de Terahertz (THz) o Diodo de Tunelamento Ressonante (RTD) teve seu interesse renovado por parte da comunidade acadêmica. O RTD é considerado um candidato promissor para aplicações digitais e analógicas, devido à sua característica intrínseca de resistência diferencial negativa (NDR), alta velocidade de comutação e requisitos de design flexíveis.  Neste cenário, esta tese de doutorado trata da modelagem compacta e analítica da característica corrente-tensão (I-V) de diodos de tunelamento ressonante de dupla barreira de potencial. Com este propósito, é necessário inicialmente calcular os níveis de energia dos auto-estados do poço quântico de altura finita, presente nas estruturas semicondutoras de RTDs. Todavia, a determinação de níveis de energia, para poços quânticos finitos, somente é possível por meio da resolução de equações transcendentais ou por algum tipo de solução numérica, não permitindo, portanto, solução analítica exata. Desta forma foram desenvolvidas soluções aproximadas totalmente analíticas para o cálculo dos níveis de energia em poços quânticos retangulares de altura finita, simétricos e assimétricos, sendo verificada excelente concordância.  Em seguida, tendo como ponto de partida o formalismo de Tsu-Esaki para descrever o transporte de portadores no RTD, considerou-se a distribuição geral do potencial elétrico no dispositivo semicondutor, incluindo aformação das regiões de carga espacial de acumulação no emissor, armazenamento de carga no poço quântico e formação de uma região depleção no coletor. Além disso, considerou-se o espalhamento experimentado pelos portadores durante o processo de tunelamento através da região de dupla barreira de potencial.  O modelo I-V desenvolvido contempla dois casos distintos. O primeiro caso descreve o tunelamento ressonante de elétrons em RTDs, nos quais, devido as características físicas, paramétricas e geométricas do dispositivo, a região do emissor apresenta densidade de estados tridimensional (3D) para os elétrons. O segundo caso ocorre especialmente em RTDs com camadas espaçadoras com baixo nível de dopagem. Neste caso, forma-se no RTD uma região de acumulação, adjacente a região de dupla barreira, na qual os elétrons no emissor estão sujeitos a uma densidade de estado bidimensional (2D).  De posse do modelo analítico para o cálculo dos níveis de energia em poço quântico e do modelo desenvolvido para descrever a distribuição do perfil de potencial elétrico no RTD, foram desenvolvidos modelos compactos de característica I-V de RTDs 3D-2D e 2D-2D. Desta forma, este trabalho contribui para a modelagem compacta dos RTDs, com vistas ao futuro projeto de circuitos empregando estes dispositivos e considerando os principais fenômenos físicos relevantes na descrição das suas características elétricas e obtendo modelos totalmente analíticos e explícitos. Os modelos desenvolvidos foram validados com dados experimentais e numéricos e fornecendo concordância muito boa
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 02.08.2024
    • Acesso à fonteAcesso à fonteDOI

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    Status:
    Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
    Versão do Documento:
    Versão publicada (Published version)
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    • ABNT

      CELINO, Daniel Ricardo. Compact models of resonant tunneling diodes. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2024. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18155/tde-08102024-155735/. Acesso em: 02 abr. 2026.

    • APA

      Celino, D. R. (2024). Compact models of resonant tunneling diodes (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18155/tde-08102024-155735/

    • NLM

      Celino DR. Compact models of resonant tunneling diodes [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 02 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18155/tde-08102024-155735/

    • Vancouver

      Celino DR. Compact models of resonant tunneling diodes [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 02 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18155/tde-08102024-155735/

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