В последние годы значительно возрос интерес к изучению мезоскопических структур. В первую очередь это обусловлено развитием полупроводниковой технологии, которая позволяет создавать структуры с размерами порядка единиц и десятков нанометров. Линейные размеры таких структур уступают длине волны де-Бройля электронов, поэтому транспорт электронов определяется, в основном, их волновыми свойствами что, в свою очередь приводит к появлению целого ряда новых эффектов. К мезоскопическим структурам можно отнести резонансно-туннельный диод (РТД), впервые предложенный Эсаки и Тсу, и который является одним из первых приборов наноэлектроники. Он состоит из слоя полупроводника с довольно узкой запрещенной зоной – слоя квантовой ямы (КЯ), расположенного между двумя слоями полупроводника (барьерами) с более широкой запрещенной зоной. Эти слои, в свою очередь, располагаются между слоями (спейсерами) слабо легированного узкого полупроводника, за которыми следуют сильно легированные слои эмиттера и коллектора. В КЯ возникают один или несколько энергетических уровней размерного квантования. Под действием напряжения смещения ток через РТД проходит только в том случае, если в эмиттере присутствуют электроны, которые могут туннелировать. Резонансное туннелирование происходит на энергетический уровень в КЯ, а из него – в коллектор, где спектр энергетических состояний – зонный. РТД имеет очень высокое быстродействие, например, известно, что нелинейные свойства РТД сохраняются до 104 ТГц. Также РТД имеет и другие уникальные свойства: он является единственным прибором наноэлектроники, который может работать при комнатной температуре, а на ВАХ РТД наблюдаются участки отрицательной дифференциальной проводимости (НДП). В статье исследуется принцип действия резонансно-туннельного диода и рассматриваются явления туннелирования в нанофизике. Проводится расчет модели вольтамперной характеристики (ВАХ) двухбарьерного резонансно-туннельного диода. Исследовано, как изменение коэффициентов прозрачности и отражения потенциального барьера прямоугольной формы влияют на ВАХ РТД. Это исследование может быть базовым для дальнейшего рассмотрения того, как модификация активной области резонансно-туннельного диода влияет на его характеристики. Кроме того, результаты исследований позволяют качественно оценивать энергию, необходимую электронам для туннелирования через структуру РТД.

Interest in the study of mesoscopic structures has grown significantly in recent years. This is primarily due to the development of semiconductor technology, which makes it possible to create structures with sizes of the order of units and tens of nanometers. The linear dimensions of such structures are inferior to the de Broglie wavelength of electrons, so the transport of electrons is determined mainly by their wave properties, which, in turn, leads to a number of new effects. Mesoscopic structures include the resonant tunnel diode (RTD), first proposed by Esaki and Tsu, and which is one of the first nanoelectronic devices. It consists of a semiconductor layer with a fairly narrow band gap, a quantum well (QW) layer located between two semiconductor layers (barriers) with a wider band gap. These layers, in turn, are located between the layers (spacers) of weakly doped narrow semiconductor, followed by highly doped layers of the emitter and collector. There are one or more energy levels of dimensional quantization in the QW. Under the action of bias voltage, the current passes through the RTD only if the emitter contains electrons that can tunnel. Resonant tunneling occurs at the energy level in the QW, and from there to the collector, where the spectrum of energy states is band. RTD has a very high speed of action, for example, it is known that the nonlinear properties of RTD persist up to 104 THz. The RTD is also of great power: it is the only device of nanoelectronics that can be used at room temperatures, and on the VAC of the RTD the areas of negative differential conductivity (NDC) are observed. In this article, the principle of a resonant tunneling diode is revealed, and the phenomena of tunneling in nanophysics are examined in detail. The volt-ampere characteristic (VAC) model of a two-barrier resonance tunnel diode is calculated. The paper investigates how the change of transparency coefficients and the reflection of the potential barrier of a rectangular shape affect the VAC of the RTD. This study can be the basis for further consideration of how the modification of the active region of the resonant tunnel diode affects its characteristics. In addition, the results of the research allow us to estimate qualitatively the energy required by electrons for tunneling through the structure of the RTD.

В останні роки зріс інтерес до вивчення мезоскопічних структур. У першу чергу це обумовлено розвитком напівпровідникової технології, яка дозволяє створювати структури із розмірами порядку одиниць та десятків нанометрів. Лінійні розміри таких структур поступаються довжині хвилі де-Бройля електронів, тому транспорт електронів визначається, в основному, їх хвильовими властивостями що, у свою чергу приводить до появи цілого ряду нових ефектів. До мезоскопічних структур можна віднести резонансно-тунельний діод (РТД), вперше запропонований Есакі та Тсу, і який є одним із перших приладів наноелектроніки. Він складається із шару напівпровідника з доволі вузькою забороненою зоною – шару квантової ями (КЯ), розташованого між двома шарами напівпровідника (бар’єрами) з більш широкою забороненою зоною. Ці шари, у свою чергу, розташовуються між шарами (спейсерами) слабко легованого вузького напівпровідника, за якими слідують сильно леговані шари емітера і колектора. У КЯ виникають один або декілька енергетичних рівнів розмірного квантування. Під дією напруги зміщення струм через РТД проходить лише у тому випадку, якщо у емітері присутні електрони які можуть тунелювати. Резонансне тунелювання відбувається на енергетичний рівень у КЯ, а з нього – у колектор, де спектр енергетичних станів – зонний. РТД має дуже високу швидкодію, наприклад відомо, що нелінійні властивості РТД зберігаються аж до 104 ТГц. Також РТД має і інші унікальні властивості: він являється єдиним приладом наноелектроніки який може працювати при кімнатній температурі, а на ВАХ РТД спостерігаються ділянки негативної диференційної провідності (НДП). У статті досліджується принцип дії резонансно-тунельного діоду та детально розглядаються явища тунелювання у нанофізиці. Проводиться розрахунок моделі вольт-амперної характеристики (ВАХ) двохбар’єрного резонансно-тунельного діоду. Досліджено, як зміна коефіцієнтів прозорості та відбиття потенційного бар′єру прямокутної форми впливають на ВАХ РТД. Це дослідження може бути базовим для подальшого розгляду того, як модифікація активної області резонансно-тунельного діоду впливає на його характеристики. Окрім того, результати досліджень дозволяють якісно оцінювати енергію, необхідну електронам для тунелювання крізь структуру РТД.