半導体用語集

共鳴トンネリング効果

英語表記:resonant tunneling effect

 複数のトンネル障壁で挟まれた伝導領域では、電子波の多重反射(干渉)により離散的な共鳴準位が形成される(「電子波干渉効果」の項参照)。この共鳴準位により電子の透過確率に鋭いピークが現われ、電流-電圧特性が著しい非線型性や負性微分抵抗を示すようになる現象を共鳴トンネリング効果という。AlGaAsとGaAsからなるニ重障壁共鳴トンネルダイオードは、室温でも動作する共鳴トンネル素子としてよく知られている。この場合、電流は三次元状態密度を持つエミッタから、二次元状態密度を持つ共鳴準位への電子のトンネルによって支配される。素子の印加電圧を増やすと、共鳴準位がエミッタのフェルミ準位をよぎるところから電流が増大し、伝導帯下端に達すると電流が最大となるが、それ以上の電圧では急激に電流が減少する(負性微分抵抗)。共鳴トンネル電流の形は、電子の閉じ込めの次元性や外側の電極の状態密度によって異なり、三重障壁共鳴トンネルダイオードの場合には、二つの井戸層の量子準位が一致した時に鋭い電流ピークが観測される。この他、金属-絶縁体接合の共鳴トンネルや、量子ドットの共鳴トンネルなども観測されている。

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