共振隧穿二极管（RTD）是一种基于量子共振隧穿效应的半导体异质结构器件，其特点是具有负微分电阻，可以实现太赫兹频率的直接振荡。目前RTD振荡器的最高工作频率（基频）已达1.98THz，是当前电子学器件中最高的基波频率。与此同时，RTD也具有I-V非线性特性，因此也可以用作太赫兹探测器，具备形成芯片级太赫兹收发单元的潜力，近年来获得越来越多的关注。

微太中心太赫兹物理团队在RTD研究方面已有深厚积累，已具备0.1-1.5THz的RTD振荡器研制能力，近年来也启动了RTD探测器的研究。经调研分析，目前RTD探测器主要利用的是峰值电流附近的非线性区间，虽然在该偏压下其非线性特征最强，但是电流噪声和功耗相对较大，且由于容易进入负阻区振荡而造成动态范围较小。针对该问题，研究团队提出通过能带调控提升RTD器件小偏压区域的非线性特性，进而使相应探测器工作在低偏压（小电流）区减少功耗和噪声影响的解决思路。                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

图1.RTD器件直流特性相应的能带结构示意图及小偏压非线性调控思路

能否构建RTD的I-V非线性特性与能带结构间的物理关联，从而对非线性调控提供理论指导，是本工作拟回答的首要问题。针对该问题，研究团队跳出了过去常用的多项式拟合或SPICE模型的建模思路，从直接反映电子共振隧穿过程的物理模型出发，解析推导了I-V非线性与能带参数关联的表达式。通过对该复杂解析式在低偏压近似下进行简化，发现其微分电导和二阶非线性系数均与共振隧穿能级呈现出单调变化关系，进而提出了通过抬升共振隧穿能级来增强小偏压下I-V非线性的方法。经实验验证，RTD本征电流灵敏度提升约6倍，达到6.74A/W，能够满足实际应用指标要求，为RTD太赫兹探测器的理论设计提供了全新视角。

图2. 能带调控前后RTD器件的直流特性和本征电流灵敏度对比

该工作以“Analytical Modeling and Band-Structure Engineering of Resonant Tunneling Diode for Biased Terahertz Detector”为题发表于IEEE Transactions on Electron Devices。硕士研究生王东双为第一作者，谭为是论文的通讯作者，苏娟策划并完成了实验工作，微纳工艺团队易洪和王汉斌完成RTD器件制备。