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异质结双极晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor简称HBT)是异质结电子器件重要的一种。而微分负阻异质结晶体管(NDR HBT)为三端负阻器件,具有负阻、双稳和自锁等特性,备受关注。早在1951年,肖克莱就提出了异质结双极晶体管的概念。1957年,Kroemer又比较系统地提出了异质结双极晶体管的理论,从而引起了人们的极大兴趣。1972年,由于化合物半导体工艺的发展,开始有异质结晶体管的报道,与此同时,硅材料的HBT也在研制中。十几年前第一只多晶硅发射极晶体管问世,由于硅上生长了GaAs技术和SiGe合金技术的发展,又引起了新的HBT的结构的出现,HBT解决了发射效率和基区电阻之间在基区掺杂问题上呈现出的矛盾,使双极器件的发展向前推进了一大步;另一方面,很早就有人发现了Ⅲ/Ⅴ族化合物HBT的输出特性曲线在大电流和高功率输出时,呈现负阻现象。这种现象是高功率温升和电流增益负温度系数引起的。 共振隧穿器件(Resonant Tunneling Device)是基于量子隧穿现象的一种负阻器件,它具有响应速度快、工作频率高、低电压、低功耗和多功能等特性,令人瞩目。以两端负阻器件RTD为例,其峰谷间转换频率理论预计可达1.5～2.5THz,开关时间达1.7ps;完成一个异或(XOR)逻辑功能,TTL电路需33个器件,CMOS需16个器件,而RTD只需4个器件。利用这些特点,RTD可在多态存贮、A/D转换、多值逻辑、分频、倍频等方面得到广泛的应用。由于NDRHBT和RTD器件快速发展和良好的应用前景,对两、三端负阻器件及应用显得越来越迫切。本论文从NDRHBT和RTD的设计理论、材料设计和制备、器件结构和工艺的设计、NDR HBT和RTD测试和分析方法、以及相关器件的模拟、NDR HBT应用电路等方面,对两、三端负阻器件进行了深入研究。 主要成果如下: 1、设计、研制出具有一定水平的InGaAs/GaAs微分负阻异质结双极晶体管。并且,系统地总结出有关NDR HBT的设计理论和实践的经验。 2、对两端RTD的温度效应进行了测量和定性分析,认为其是一种本征效应。 3、对RTD直流、双稳特性和电路特性进行了测试和分析。对NDR HBT的应用电路—神经元和柔性电路的版图、工艺和材料结构进行了设计和研究。对NDR HBT器件模拟进行了研究。