Science：棘轮效应助力二极管高频整流！
初学者
传统二极管通过两不同半导体形成的结从而实现整流，具有肖特基势垒的金属-半导体二极管就是一个典例。在这类器件中，电容阻碍了工作频率的进一步提升。
棘轮效应是指事物的变化具有不可逆性，即易于向某一方向调整，而难于向相反方向调整。例如，消费者易于随收入的提高增加消费，但不易于因收入降低而减少消费。实际上，棘轮效应在自然界和人类的生产生活中是真实可见的，比如生物学里的马达蛋白和人们使用的棘轮套筒扳手。利用棘轮效应的原理，人们可将波动且无择优方向的某一变化转化为同向的变化，达到“力往一个方向使”的效果。
有鉴于此，北卡罗来纳大学教堂山分校James F. Cahoon等人报道了一种完全由锯齿形硅纳米线构成的二极管，实现了室温下高频整流。
本文要点：
1）作者将半导体硅纳米线调控为圆柱锯齿状，使其中心对称性破坏，具有非对称结构。
2）在两端器件测试中，这种特殊的棘轮结构二极管能实现整流功能，原因在于准弹道电子在纳米线表面的镜面反射。由于棘轮效应，室温下的二极管能在高达40 GHz的频率下进行整流。
作者认为，本文报道的锯齿形纳米线二极管有望用于高速数据处理和长波能量捕捉。
图1. 示意图：（a）准弹道电子的棘轮效应；（b）肖特基二极管能带图；（c）锯齿几何状二极管。
图2. 锯齿状Si纳米线的设计。
James P. Custer Jr. et al. Ratcheting quasi-ballistic electrons in silicon geometric diodes at room temperature. Science, 2020.
DOI: 10.1126/science.aay8663
https://science.sciencemag.org/content/368/6487/177