Геометрические диоды , также известные как морфологические диоды, используют форму своей структуры и баллистический /квазибаллистический транспорт электронов для создания поведения диода. Геометрические диоды отличаются от всех других форм диодов, поскольку они не полагаются на область обеднения или потенциальный барьер для создания своего поведения диода. Вместо потенциального барьера асимметрия в геометрии материала (то есть порядка средней длины свободного пробега носителя заряда) создает асимметрию прямого и обратного тока смещения (так называемого диода).
Геометрические диоды формируются из одного сплошного материала (за исключением двумерных электронных газов , которые представляют собой слоистые системы), который имеет асимметрию в структуре порядка размера средней длины свободного пробега носителей заряда (MFP). Типичные МФУ при комнатной температуре варьируются от однозначных нанометров для металлов [1] до десятков или сотен нанометров для полупроводников [2] и даже >1 микрометра в некоторых системах. [3] [4] Это означает, что для создания геометрического диода необходимо либо использовать материал с высоким содержанием MFP, либо иметь производственный процесс с нанометровой точностью, чтобы создать соответствующую геометрию.
Геометрические диоды представляют собой устройства с основной несущей , которым не нужен потенциальный барьер. Поведение диода обусловлено асимметрией формы структуры (как показано на рисунке). Проще говоря, геометрические диоды можно рассматривать как воронки или ловушки для зарядов; В одном направлении зарядам течь сравнительно легко, а в обратном – труднее.
Кроме того, идеально иметь зеркальное отражение носителей заряда на поверхности конструкции; однако это не так важно, как достаточно малый размер для работы в баллистическом режиме.
Поскольку все остальные диоды создают асимметрию тока через тот или иной потенциальный барьер, они обязательно имеют некоторую степень напряжения включения . Геометрические диоды теоретически могут обеспечить напряжение включения с нулевым смещением из-за отсутствия потенциального барьера. При напряжении включения с нулевым смещением на устройство не должно подаваться постоянное смещение; поэтому геометрические диоды могут значительно снизить мощность, необходимую для работы устройства. Это также может быть полезно, поскольку диоды будут более чувствительны к слабым сигналам. Это, конечно, теоретически, и экспериментальная реализация диодов с действительно нулевым смещением может быть ограничена.
Второе важное преимущество также связано с отсутствием у них потенциальных барьеров и меньшинств. Потенциальный барьер — это большой источник емкости в диоде. Емкость служит для уменьшения частотной характеристики диодов за счет увеличения времени их RC . Отсутствие потенциального барьера у геометрических диодов означает, что они могут иметь сверхнизкую емкость вплоть до аттофарад . [5] Частотная характеристика геометрического диода ограничена не временем RC или подвижностью неосновных носителей, а временем пролета носителей заряда из-за структурной асимметрии. [6] Таким образом, геометрические диоды могут достигать частотной характеристики в ТГц. [5]