分子电子器件负微分电阻的一种可能起因解析
第2章_共振隧穿_1
共振隧穿的I-V特性
从A到B为正微分电阻 从B开始出现负微分电阻 特 点
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产生共振隧穿 的偏置条件
当给右边接触区相对左边 接触区加上一个正向偏置 时,使左边的费米能级与 共振能级E1一样高,电子 从左边接触区向右边接触 区透射概率增加,而形成 正向电流. 同时,从右边接触区到左 边接触区的反向电流被抑 制,因为在右边接触区费 米能级存在较高的势垒, 如图所示.
As
UHV Δ = 0.28nm
Ga
AlAs
Potential
GaAs
AlAs
Conduction band
3eV
1.5eV Valence band
Electronic potential
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半导体中的载流子隧穿
Tunneling!!!!!!!!! Negative resistance
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研究还在继续
继Esaki和Tsu的工作之后,在过去的30年间, 共振隧穿二极管一直受到极大的关注. 在RTD的器件物理,模拟,制造技术,电路设 计和应用方面作了大量的研究工作 有关这个看似简单的器件已经发表了超过千篇 的论文 这种器件是否可以成为未来电子系统的主流器 件?现在下结论还为时过早. 研究还在不断进行,在某些领域还非常活跃.
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4.2.半导体异质结构中的共振隧穿现象 4.2.1.结构与现象描述
– – – – 能带结构 I-V特性 偏置条件 实际结构中的影响因素
4.2.2.共振隧穿的物理机理 4.2.3.负温分电阻起源
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双势垒结构
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电子器件的故障原因与检测方法分析
电子器件的故障原因与检测方法分析摘要：在现代社会发展中，电子器件扮演着至关重要的角色。
电子元件是指在工厂生产加工时不改变分子成分的成品。
如电阻器、电容器、电感器。
日前，电子元器件广泛的应用于电子设备中，电子设备的绝大部分故障是由电子元器件故障引起的。
无论是在家庭生活、商业运营还是科学研究领域，检测人员都离不开各种形式的电子器件。
而这些电子器件的检测价值也愈发凸显出来。
因此，本文将首先分析电子器件的故障原因，之后提出检测方法，希望排除故障，提高检测精准性。
关键词：电子器件；故障原因；检测方法前言：电子器件的检测可以确保产品质量和性能达到标准要求，提高生产效率和降低成本，支持科学研究的进行，保护环境和人身安全。
随着科技的不断进步，电子器件的检测在各个领域的重要性将会更加突出。
因此，检测人员必须要熟悉了解元器件的故障类型，检测出电子元器件的相关参数，才能进一步判断出电子元器件是否正常有效，以实现更好的社会发展和人民生活质量的提升。
一、电子器件的故障原因电子器件在制造过程中可能存在的缺陷、材料的老化、元器件的磨损等，都是导致故障的常见原因。
电阻在电子设备中使用的数量很大，在电路中起限流、分流、降压、负载、与电容配合作滤波及阻抗匹配等作用，由于电阻失效而导致电子设备故障比例约占15%左右。
电阻器故障可分为两大类，即致命失效和漂移参数失效。
据统计，85%-90%的电阻属于致命失效，如断路、机械损伤、接触损坏、短路、绝缘、击穿等，只有10%左右的电阻是由阻值漂移导致失效，短路失效则更为少见。
高温环境下，电子器件的导体材料可能膨胀，导致电路连接不良或元器件受损；潮湿的环境则容易引起电路短路，导致器件故障[1]。
此外，电子器件还可能受到振动、电磁干扰等外部因素的影响，进而导致故障发生。
电子器件的故障有时也与使用方式有关，比如频繁开关电子器件可能导致开关元器件寿命的缩短，从而引发故障。
对电子器件的不正确使用、不当维护，也会导致器件的损坏或故障。
电子设备故障诊断之电子元器故障机理分析
电子设备故障诊断之电子元器故障机理分析电子设备故障诊断之电子元器故障机理分析电子元器件失效机理分析：习惯上把元器件故障称为失效，了解元器件的失效模式和失效机理以及设备的故障机理，对诊断设备故障，保持设备固有的可靠性是十分必要的。
对电子设备来说，元器件种类很多，常见的有：电阻器、电容器、接插件、焊接件、线圈、集成块、变压器等。
1．电阻路失效机理电阻在电子设备中使用的数量很大，而且是一种发热元器件，电子设备故障中由电阻器失效导致的占有一定的比例。
其失效原因与产品的结构、工艺特点、使用条件有密切关系。
电阻器失效可以分为两大类，即致命失效和多数漂移失效。
从现场使用统计来看，电阻器失效的大多数情况是致命失效，常见的有：断路、机械损伤、接触损坏、短路、击穿等：只有少数为阻值漂移失效。
电阻器按其构造形式分为：线绕电阻器和非线绕电阻器固定电阻器和可变电阻器(电位器)。
从使用的统计结果看的。
按其阻值是否可调分为：它们的失效机理是不同①非线绕固定电阻器：引线断裂、脂层不均匀、膜材料与引线端接触不良、体缺陷等，如碳膜电阻器；电阻膜不均匀、电阻膜破裂、基体破裂、电阻膜分解、电荷作用等，如金属膜电阻器。
②线绕电阻器：接触不良、电流腐蚀、引线不牢、焊点熔解等。
②可变电阻器：接触不良、焊接不良、引线脱落、杂质污染、环氧胶质量较差等。
2．电容器失效机理电容器失效模式常见的有：击穿、开路、参数退化、电解液泄漏和机械损伤等。
导致这些失效的主要原因有以下几方面。
1)击穿①介质中存在疵点、缺陷、杂质等；②介质材料的老化：②金属离子迁移形成导电沟道或边缘飞弧放电④介质材料内部气隙击穿或介质电击穿；②介质的机械损伤；⑥介质材料分子结构的改变。
2)开路①引线与电极接触点氧化而造成低电乎开路；②引线与电极接触不良或绝缘；②电解电容器阳级引出金属因腐蚀而导致开路，④工作电解质的干枯或冻结；③在机械应力作用下工作电解质和电介质之间的短时开路。
3)电参数退化①潮湿或电介质老化与热分解⑨电极材料的金届离子迁移，②表面污染；④电极的电解腐蚀或化学腐蚀；⑥杂质或有害离子的影响；⑧材料的金属化电极的自愈效应等。
金属材料中负电阻特性的研究
金属材料中负电阻特性的研究随着人类科技水平的不断发展，金属材料的应用范围越来越广泛。
实际上，许多金属材料已经成为了我们日常生活中不可或缺的一部分，比如说电子产品，汽车、飞机等交通工具，建筑等。
然而，金属材料中的负电阻特性一直以来都是一个备受争议的话题。
许多科学家和工程师都在尝试研究和探索这一难以捉摸的特性。
本文将从理论和实践两个方面探讨金属材料中负电阻特性的研究进展，帮助读者更好地了解这一复杂的科学问题。
一、理论角度首先，让我们看看金属材料中负电阻特性的理论方面。
在物理学中，电阻是电流通过某个材料所遇到的阻力大小。
如果我们应用足够大的电压在某个材料中，会形成一个强电场。
当电子在强电场中运动时，会受到强电场的力作用，并被加速。
因此，电子流的速度也会增加，进而引起了电流密度的增加。
这个过程通常被称为“电子是平滑的”（unipolar）电传输。
然而，当电压超过了某一个阈值时，负电阻现象就会出现。
也就是说，当电压超过这个阈值时，电流密度开始减小，而不是增加。
这个现象被称为“负差分电阻”（negative differentialresistance），通常被缩写为NDR。
负电阻现象可能由许多因素引起，最常见的原因是金属材料中电子的共振峰（resonant peak）。
共振峰通常要求金属具有复杂的电子结构。
对于金属来说，电子层次非常密集，而且可以相对容易地向导电带（conduction band）移动。
当电子移动到导电带的高峰位置时，它们会相互作用并相互干扰，导致电子有很多方向可以移动。
这个过程可能会干扰电子的自由移动，并导致电子在材料中的散射，减慢电流密度的增长速度。
这就是NDR现象的根本原因。
二、实践角度金属材料中负电阻特性的研究不仅仅是一种理论范畴，也在实践中应用得到。
这项技术已经在电子电路、半导体器件、宽频通信等领域发挥着重要作用。
例如，在一些半导体元件中，窄禁止带（narrow-bandgap）材料的共振峰可能导致NDR现象，这就使得元件能够实现频率抑制功能。
分子束外延技术简介-2
计算机
分子束外延设备真空系统的组成 进样室（装样、取样、对衬底进行低 温除气） 预处理与表面分析室（衬底预除气、 表面分析XPS、UPS、SIMS、LEED） 生长室（样品生长） 衬底传递机构（样品在各腔室之间的 传递）
预处理室 进样室
缓冲室 生长室
小车
Riber 32P MBE系统
V80H MBE系统
D
t VO
TI KI
VI TI KD/P VD 1/P TD / KD VP P： 比例带 TI： 积分时间 KI： 积分增益 TD：微分时间 KD：微分增益
四极质谱仪
在MBE设备上主 要用作超高真空 检漏和残余气体 分析
Z Y
O
X
U1+U2 cos(wt)
四极质谱仪结构示意图
反射高能电子衍射（RHEED）
511腐蚀液的配置： 1 1体积纯水倒入烧杯中； 2 1体积双氧水倒入烧杯中，摇匀； 3 5体积浓硫酸倒入冷水浴中的烧杯， 摇匀，冷却后使用。
贴片
有In钼托 1 加热钼托至160 OC； 2 在钼托表面涂In，使融化； 3 重复推动衬底，使衬底和钼托之间形 成一薄层无空气隙的In层； 4 去除钼托上多余的In
衬底的脱氧化物
当衬底温度升高到某一特定温度时， 衬底表面氧化物迅速分解，脱离衬底。 该变化可以由RHEED图样的变化观 察到。一般的，认为：GaAs脱氧化 物温度为580 OC，InP脱氧化物温度 为540 OC。衬底的脱氧现象可用来确 定生长时衬底实际温度所对应的表观 温度。
生长
按照预先编制好的程序，在计算 机控制下开关各源炉挡板、改变各源 炉温度，进行材料的生长。在生长过 程中，有关人员密切注意和定时记录 仪器的各种状态参数，要及时、正确 地处理生长中发生的异常情况。
半导体物理负微分迁移率 (2)
§ 2.7.4 耿氏效应与耿氏微波器件
• 1、耿氏效应 一种体效应 • 1963年，Gunn发现在n型砷化镓薄片两端施加直流
电压，当其中的直流电场超过阈值3.64×103 V/ cm时， 外电路中出现振荡电流，振荡频率与薄片厚度有关， 近似等于电子渡越两加压电极的时间的倒数。 在 0.47~6.5 GHz之间。 • 2、耿氏效应的物理解释 • 1964年Koremer用微分负阻理论对耿氏效应作出了 如下的合理解释：
d q E dt m*
以t=0作施加电场的初始时刻，其解为
q E (1 et / )
m*
其值随时间单调上升，最后达到稳定值qE /m*
载流子在强电场下的瞬变过程既有速度（动量）的累积也 有能量的累积。在瞬变初期，载流子从电场获取的能量较 少，散射主要是声学声子散射。这种散射较弱，引起的速 度损失跟弱场下的速度损失一样小，而速度累积因为电场 较强而比弱场快得多，因而很快达到一个很高的平均漂移 速度。随后，由于平均能量的提高，光学声子的散射开始 起作用，散射作用增强，散射引起的速度损失增大，于是 漂移速度就会随着时间的推移降下来，形成瞬变过程初期 的速度峰值。
关于图4－23（d）
vd Ea Eb
3）振荡电流的形成 • 外电路中的电流密度决定于畴外电子的漂
移速度。在高场畴成核之前，薄层电子的
迁移率最高，外电路中电流最大。随着畴 核的形成和生长，畴外电场降低，电子漂 U
移速度下降，于是回路中的电流相应地减
小，到高场畴稳定形成时减至最小，尔后
t
i
直到其漂移至阳极而消失。然后，无畴薄
n0 NCe kT ND
EC
-
EF
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异质结的电学特性课件
异质结的表征方法
扫描电子显微镜（SEM）
用于观察异质结的表面形貌、微观结构等信 息。
X射线衍射（XRD）
用于分析异质结的晶体结构、相组成等信息。
透射电子显微镜（TEM）
用于观察异质结的内部结构、晶体取向等信 息。
原子力显微镜（AFM）
用于测量异质结的表面粗糙度、几何形状等 信息。
异质结的质量控制与优化
新一代光电器件
利用异质结的光电效应，开发新一代的光电器件，为信息处理和通 信技术的发展提供新的技术支持。
新能源利用
利用异质结的太阳能效应，提高太阳能电池的转换效率，为新能源 利用的发展提供新的技术支持。
THANKS
感谢观看
这种特性在制造高速电子器件如放大器、振荡器等具有重要应用价值。
PART 04
异质结在电子器件中的应 用
太阳能电池中的应用
01 02
提高光电转换效率
异质结结构能够有效地提高太阳能电池的光电转换效率，通过减小反射 损失、增加吸收长度、提高载流子分离和收集效率等方式，实现更高的 光电转换效率。
优化能带结构
PART 03
异质结的电学特性
异质结的电流-电压特性
异质结的电流-电压特性表现出了非线性、不对称性和整流特性。 在正向偏压下，异质结的电流随着电压的增加而增加，表现出良好的导电性能。
在反向偏压下，异质结的电流随着电压的增加而迅速降低，表现出良好的绝缘性能。
异质结的整流特性
整流特性是指异质结在正向和反 向偏压下的电流差异。
当正向偏压施加到异质结时，电 流能够顺畅地通过，而当反向偏
压施加时，电流被显著抑制。
这种特性使得异质结在制造电子 器件如二极管、晶体管等具有重