随着现代信息技术的快速发展，振荡器因其在信息通信和新兴神经形态计算中的不可或缺的作用而受到广泛关注[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。表现出负差分电阻（NDR）的器件已成为构建高性能自振荡器的核心候选者，因为它们的独特物理特性使得在适当的偏置条件下能够实现自维持振荡[6]、[7]。
共振隧穿二极管（RTD）是最经典的NDR器件类型，自20世纪以来一直受到广泛研究[8]。RTD通常由双势垒量子阱异质结构组成，其中量子阱被夹在两个势垒层之间，形成局域化的电子态[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。当注入电子的能量与量子阱内的离散能级对齐时，会发生强烈的共振隧穿，从而产生明显的峰值电流。随着偏置电压的进一步增加和能级的错位，隧穿概率减小，进入NDR区域[8]。然而，这类器件的性能严重依赖于外延材料生长的精度，且常常存在输出功率不足、工作温度升高和界面散射等问题[13]、[14]。这些限制阻碍了它们在高频、低功耗和大规模集成应用中的更广泛应用[14]。
为了解决这些问题，基于二维材料的单势垒隧穿系统作为一种有前景的高性能NDR器件平台应运而生，因为它们具有原子级平坦的界面、精确可调的能带结构和弱的范德华耦合[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。特别是，当两层石墨烯的狄拉克点对齐时，基于石墨烯的共振隧穿晶体管会表现出NDR效应[20]、[21]、[22]、[23]。与传统双势垒RTD不同，石墨烯RTD采用单势垒隧穿配置，消除了电荷载流子在中央量子阱中的停留时间。由于这种独特的物理机制，这些器件可以在相对较低的驱动电压下实现较高的峰谷电流比（PVR）[24]。栅极电压还可以精确控制电流密度、NDR起始电压和交流振荡输出功率，从而为振荡器应用提供了显著优势[22]、[23]、[25]。然而，由于动量守恒隧穿机制，器件性能对晶体取向、界面清洁度和电荷控制能力非常敏感[26]。因此，要实现适用于振荡器电路的稳健且可重复的NDR效应，需要系统地理解Gr/hBN/Gr结构中调控共振隧穿的各个因素及其优化策略。
在这项工作中，我们采用了撕叠技术来实现石墨烯层之间的高精度晶体对齐，并成功制备了具有栅极可调共振隧穿行为的Gr/hBN/Gr共振隧穿结构。我们系统研究了石墨烯电极层数、层间扭曲角度、势垒厚度以及外部电阻与器件结电阻比值对NDR特性的影响，如图1所示。结果表明，动量守恒隧穿是共振隧穿的关键机制，而能带结构工程和电压分压效应是影响NDR行为的主要因素。此外，通过将器件与LC元件集成，我们构建了一个振荡器电路，并利用Gr/hBN/Gr共振隧穿结构的NDR特性实现了振荡。该振荡器在极低的驱动电压1.3 V下工作，并支持可调操作。这项研究不仅加深了对基于石墨烯系统中的量子传输机制的理解，还突显了石墨烯共振隧穿器件在未来的电子应用和可调振荡器中的潜力。
