金属-绝缘体-金属隧道发光结的电子隧穿和负阻现象

俞建华; 孙承休; 王茂祥; 张佑文; 魏同立

doi:10.7498/aps.47.300

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金属-绝缘体-金属隧道发光结的电子隧穿和负阻现象

俞建华 , 孙承休 , 王茂祥 , 张佑文 , 魏同立

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金属-绝缘体-金属隧道发光结的电子隧穿和负阻现象

俞建华, 孙承休, 王茂祥, 张佑文, 魏同立

物理学报, 1998, 47(2): 300-306.

doi: 10.7498/aps.47.300

ELECTRON TUNNELING AND NEGATIVE DIFFERENTIAL RESISTANCE OF MIM LIGHT-EMISSION TUNNEL JUNCTION

YU JIAN-HUA, SUN CHENG-XIU, WANG MAO-XIANG, ZHANG YOU-WEN, WEI TONG-LI

Acta Phys. Sin., 1998, 47(2): 300-306.

doi: 10.7498/aps.47.300

摘要

薄膜Au-Al2O3-Al隧道结(MIMTJ)在产生可见光发射的同时表现出了明显的负阻现象.这种负阻现象的物理机制是由于结中产生了作为发光中介作用的表面等离极化激元(SPP)对隧穿电子的阻挡作用.通过MIMTJ的电子输运的电路模拟和I-V特性的数值计算，揭示了SPP在I-V特性曲线中的负阻、隧道结发光中所起的关键作用.
Abstract
We have observed that the apparent negative differential resistance(NDR) comes out in I-V characteristic curves of metal-insulator-metal(MIM) thin film tunnel junction when light-emission from this structure occurs in the experiments.The mechanism of this NDR is that the surface plasmon polariton(SPP),which plays a role of intermediate in the process of light-emission,creates the impeding effect upon tunneling electrons.We have also built the circuit simulation of electron-transfer, computed the numerical solution of I-V characteristic curve,and revealed the key action of SPP on the NDR in I-V characteristic curve and the light-emission from MIM tunnel junction.
作者及机构信息
俞建华¹,

孙承休¹,

王茂祥²,

张佑文¹,

魏同立¹

(1)东南大学电子工程系，南京 210096; (2)东南大学物理系，南京 210096

基金项目: 国家自然科学基金资助的课题.
Authors and contacts
YU JIAN-HUA¹,

SUN CHENG-XIU¹,

WANG MAO-XIANG²,

ZHANG YOU-WEN¹,

WEI TONG-LI¹

(1)东南大学电子工程系，南京 210096; (2)东南大学物理系，南京 210096
参考文献

施引文献

[1]	房晓南, 杜颜伶, 吴晨雨, 刘静. (SrVO₃)₅/(SrTiO₃)₁(111)异质结金属-绝缘体转变和磁性调控的第一性原理研究. 物理学报, 2022, 71(18): 187301. doi: 10.7498/aps.71.20220627
[2]	李云, 鲁文建. 掺杂维度和浓度调控的δ掺杂的La:SrTiO₃超晶格结构金属-绝缘体转变. 物理学报, 2021, 70(22): 227102. doi: 10.7498/aps.70.20210830
[3]	王泽霖, 张振华, 赵喆, 邵瑞文, 隋曼龄. 电触发二氧化钒纳米线发生金属-绝缘体转变的机理. 物理学报, 2018, 67(17): 177201. doi: 10.7498/aps.67.20180835
[4]	黄政, 龙超云, 周勋, 徐明. 双势垒抛物势阱磁性隧道结隧穿磁阻及自旋输运性质的研究. 物理学报, 2016, 65(15): 157301. doi: 10.7498/aps.65.157301
[5]	罗明海, 徐马记, 黄其伟, 李派, 何云斌. VO2金属-绝缘体相变机理的研究进展. 物理学报, 2016, 65(4): 047201. doi: 10.7498/aps.65.047201
[6]	曾绍龙, 李玲, 谢征微. 双自旋过滤隧道结中的隧穿时间. 物理学报, 2016, 65(22): 227302. doi: 10.7498/aps.65.227302
[7]	王昌雷, 田震, 邢岐荣, 谷建强, 刘丰, 胡明列, 柴路, 王清月. 硅基VO2纳米薄膜光致绝缘体—金属相变的THz时域频谱研究. 物理学报, 2010, 59(11): 7857-7862. doi: 10.7498/aps.59.7857
[8]	张大成, 申艳艳, 黄元杰, 王卓, 刘昌龙. 绝缘体中金属离子注入合成纳米颗粒的理论研究. 物理学报, 2010, 59(11): 7974-7978. doi: 10.7498/aps.59.7974
[9]	项元江, 文双春, 唐康凇. 含单负介质层受阻全内反射结构的光子隧穿现象研究. 物理学报, 2006, 55(6): 2714-2719. doi: 10.7498/aps.55.2714
[10]	邱梅清, 方明虎. Eu2－xPbxRu2O7中的金属-绝缘体相变和自旋玻璃态行为. 物理学报, 2006, 55(9): 4912-4917. doi: 10.7498/aps.55.4912
[11]	朱林, 陈卫东, 谢征微, 李伯臧. NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结的隧穿电导和隧穿磁电阻. 物理学报, 2006, 55(10): 5499-5505. doi: 10.7498/aps.55.5499
[12]	马建华, 孙璟兰, 孟祥建, 林铁, 石富文, 褚君浩. SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性. 物理学报, 2005, 54(3): 1390-1395. doi: 10.7498/aps.54.1390
[13]	魏健文, 董正超. 正常金属/绝缘层/s波超导隧道结中绝缘层对微分电导的影响. 物理学报, 2005, 54(5): 2318-2324. doi: 10.7498/aps.54.2318
[14]	王茂祥, 俞建华, 孙承休, 吴宗汉. 金属-绝缘体-半导体(Au-SiO2-Si)隧道结的负阻现象与发光特性. 物理学报, 2000, 49(6): 1159-1162. doi: 10.7498/aps.49.1159
[15]	王茂祥, 孙承休, 史晓春, 俞建华. 双势垒结构Cu-Al2O3-MgF2-Au隧道结中的电子共振隧穿与发光特性研究. 物理学报, 1999, 48(2): 326-331. doi: 10.7498/aps.48.326
[16]	刘坤, 褚君浩, 陈诗伟, 赵军, 汤定元. 金属-绝缘体-半导体器件红外探测机理研究. 物理学报, 1995, 44(7): 1137-1140. doi: 10.7498/aps.44.1137
[17]	陈锋, 应和平, 徐铁锋, 李文铸. 二维半充满Hubbard模型有限温度下绝缘体──金属相变的研究. 物理学报, 1994, 43(10): 1672-1676. doi: 10.7498/aps.43.1672
[18]	韦亚一, 郑国珍, 郭少令, 汤定元. 低补偿度n-Hg1-xCdxTe的磁致金属-绝缘体相变和相变后的温度激活输运行为. 物理学报, 1994, 43(12): 2031-2037. doi: 10.7498/aps.43.2031
[19]	赵勇, 诸葛向彬, 何业冶. Y1-xCaxBa2Cu3O6系统中空穴掺杂诱导的绝缘体-金属转变和超导电性. 物理学报, 1992, 41(7): 1151-1156. doi: 10.7498/aps.41.1151
[20]	杨永宏, 邢定钰, 龚昌德. YBa2Cu3O7-x的金属-绝缘体转变. 物理学报, 1992, 41(1): 136-143. doi: 10.7498/aps.41.136

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物理学报. 1998, 47(2): 300-306.

doi: 10.7498/aps.47.300.

金属-绝缘体-金属隧道发光结的电子隧穿和负阻现象

1. (1)东南大学电子工程系，南京 210096; (2)东南大学物理系，南京 210096

基金项目: 国家自然科学基金资助的课题.

收稿日期: 1997-06-02
修回日期: 1997-06-28
刊出日期: 1998-01-05

摘要: 薄膜Au-Al2O3-Al隧道结(MIMTJ)在产生可见光发射的同时表现出了明显的负阻现象.这种负阻现象的物理机制是由于结中产生了作为发光中介作用的表面等离极化激元(SPP)对隧穿电子的阻挡作用.通过MIMTJ的电子输运的电路模拟和I-V特性的数值计算，揭示了SPP在I-V特性曲线中的负阻、隧道结发光中所起的关键作用.

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(1)东南大学电子工程系，南京 210096; (2)东南大学物理系，南京 210096

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