真空通道晶體管

真空通道晶體管（英語：）是一种使用真空管原理的晶体管[1]。在传统的固态晶体管中，半导体沟道存在于源极和漏极之间，并且电流流过半导体。然而，在真空沟道晶体管中，在源极和漏极之间不存在任何材料，因此，电流流过真空。

概要

在集成电路中使用的常规场效应晶体管中，由于随着小型化的进行栅绝缘膜的变薄，漏電流相对增加。此外，由于硅的电子迁移率的限制，加速也受到限制。当在外太空中使用时，还存在抗辐射的问题。为了解决这些问题已经进行了各种研究和开发，其中之一是真空沟道晶体管，它利用了真空管的原理[1]。

歴史

使真空管小型化的概念并不是什么新鲜事物，并且是在1960年代半导体制造技术发展时提出的，但是那时制造技术仍然不足，无法实现。在1980年代，曾报道过一个实际工作的真空通道晶体管的案例，但是由于当时的微制造技术无法缩小源极和漏极之间的距离，因此栅极的阈值电压很高，因此无法投入实际使用[2][3] 。此后，微细加工技术的进步使得减小源极和漏极之间的距离成为可能，并且在2012年，阈值电压降至0.5V，与半导体处于同一水平[4] 。

结构

在传统的场效应晶体管中，在源极和漏极之间存在半导体，电流流过它，但是在真空沟道晶体管中，在源极和漏极之间形成150纳米的真空间隙，因此栅极之间没有物理接触电子流[5] 。在常规的真空管中，加热阴极以发射热电子，但是由于小型化，仅通过将其置于静电场中就可以发射电子，并且不需要加热[5] 。另外，已经提出了几种类型的真空沟道晶体管。

特点

由于它具有比硅晶体管更高的电子迁移率，因此可以高速开关，并有望作为太赫兹频带中的高频器件[5]。它可以在高温下操作并且耐辐射，但是其源电极会随着操作而变质，从而导致可靠性差。

缺点

真空通道晶体管的性能取决于来自源电极的电子的场发射。然而，由于高电场，源电极随着时间而退化，从而减小了发射电流[6]。由于电子源电极的退化，真空通道晶体管的可靠性较差[6]。

参见

参考资料

. IEEE Spectrum: Technology, Engineering, and Science News. [2020-05-14] （英语）.
Greene, R.; Gray, H.; Campisi, G. . 1985 International Electron Devices Meeting. 1985, 31: 172–175. doi:10.1109/IEDM.1985.190922.
Gray, H. F., G. J. Campisi, and R. F. Greene. "A vacuum field effect transistor using silicon field emitter arrays." Electron Devices Meeting, 1986 International. IEEE, 1986.
Srisonphan, Siwapon, Yun Suk Jung, and Hong Koo Kim. "Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor with a vacuum channel." Nature nanotechnology 7.8 (2012): 504-508.
（日语）
Han, Jin-Woo. . Applied Physics Letters. 2012-05-21, 100 (21): 213505. Bibcode:2012ApPhL.100u3505H. ISSN 0003-6951. doi:10.1063/1.4717751.

参考文献

Stoner, Brian R., and Jeffrey T. Glass. "Nanoelectronics: Nothing is like a vacuum." Nature Nanotechnology 7.8 (2012): 485.
Park, In Jun, Seok-Gy Jeon, and Changhwan Shin. "A new slit-type vacuum-channel transistor." IEEE Transactions on Electron Devices 61.12 (2014): 4186-4191.
美國專利第5,012,153号
美國專利第4,827,177号

延伸閱讀

外部連結

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[IEEE_article-1] . IEEE Spectrum: Technology, Engineering, and Science News. [2020-05-14] （英语）.

[:1-2] Greene, R.; Gray, H.; Campisi, G. . 1985 International Electron Devices Meeting. 1985, 31: 172–175. doi:10.1109/IEDM.1985.190922.

[3] Gray, H. F., G. J. Campisi, and R. F. Greene. "A vacuum field effect transistor using silicon field emitter arrays." Electron Devices Meeting, 1986 International. IEEE, 1986.

[4] Srisonphan, Siwapon, Yun Suk Jung, and Hong Koo Kim. "Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor with a vacuum channel." Nature nanotechnology 7.8 (2012): 504-508.

[gigazine-5] （日语）

[Applied_Physics_Letters-6] Han, Jin-Woo. . Applied Physics Letters. 2012-05-21, 100 (21): 213505. Bibcode:2012ApPhL.100u3505H. ISSN 0003-6951. doi:10.1063/1.4717751.