提出一种具有超高峰谷电流比的无半导体负微分电阻隧穿二极管

负微分电阻(NDR)隧穿二极管在与晶体管集成时可提供若干潜在应用，是后CMOS计算中有前景的替代器件。我们提出一种新颖的无半导体NDR隧穿二极管概念，其展现出超高峰谷电流比(PVCR)值。我们所提出的NDR二极管由两块冷金属电极与其间薄的绝缘隧穿势垒组成。NDR效应源于冷金属电极独特的电子能带结构，即费米能级附近孤立金属带的宽度以及分隔高低能带的能隙决定了隧穿二极管的电流-电压($I$-$V$)特性与PVCR值。通过适当选择冷金属电极材料，可获得常规的N型或${\Lambda}$型NDR效应。二维(2D)材料为实现所提出的NDR隧穿二极管提供了独特平台。为证明该概念，我们采用非平衡格林函数方法结合密度泛函理论，计算基于2D冷金属的横向(AlI$_2$/MgI$_2$/AlI$_2$)与纵向(NbS$_2$/h-BN/NbS$_2$)异质结隧穿二极管的$I$-$V$特性。对于横向隧穿二极管，我们在室温下获得PVCR值高达10$^{16}$的${\Lambda}$型NDR效应，而纵向隧穿二极管展现出PVCR值约为10$^4$的常规N型NDR效应。所提出的概念为NDR器件提供了一种无半导体方案，可实现具有超高PVCR值、用于存储与逻辑应用所需的$I$-$V$特性。